作業系統總結(九)虛擬記憶體

2021-07-25 22:45:33 字數 1544 閱讀 9439

利用虛擬記憶體,可以編寫大於實際記憶體的程式;採用部分程式載入到記憶體中,可以同時執行更多的程序,併發度好,效率高。將需要的部分放入記憶體,有些用不到的部分從來不放入記憶體,記憶體利用率高 ,程式開始執行、響應時間等更快。使用虛擬記憶體有利於系統,同時也有利於使用者。

虛擬記憶體的實現

早期:記憶體不足時以程序為單位在內外存之間交換;現在:按需調頁(調頁,也稱惰**換,以頁為單位在內外存 之間交換,即對不在記憶體中的「頁」,當程序執行時要用時才調入,否則不調入)。

虛擬記憶體實現中,部分線性位址對應物理頁,其他對應磁碟相應位置。為了記錄頁是否在記憶體中,我們需要改造頁表,在頁表項中新增有效/無效的標誌位(v/i),在請求調頁的過程中,當訪問沒有對映的線性位址時,會出發頁錯誤處理程式,頁錯誤處理程式將訪問對應的磁碟內容,將其取出放入到記憶體中,然後重新訪問。儘管為了保證效率,分配給乙個程序的物理框好應足夠多,但是根據程式的區域性性原理,頁面4k當調入乙個頁面時,很多程式不會出錯。

具體實現細節如下

load[addr]->沒有對映到物理記憶體(根據addr查表(mmu),查詢標誌位,引發缺頁中斷)

設定缺頁中斷

缺頁中斷處理程式讀取磁碟得到需要的頁

選擇乙個空的頁框,寫入

修改頁表

重新開始指令

如何選取空閒的頁框

空閒的頁框是有限的,如果用完了需要進行頁框的淘汰,有很多的淘汰機制。我們可以用缺頁次數評價淘汰演算法。

fifo

即先入先出原則,如果淘汰的就是下乙個要用的呢?無法**

opt(min)

選擇最遠的將要使用的頁面淘汰,是一種最優的方案,不過預知未來難以做到

lru(opt演算法的可實現版本)

使用歷史來**未來。選取最長時間沒有使用的頁面淘汰,也成為最近最少使用

實現方法:

lru準確演算法代價太大,因此出現了其近似演算法:

clock演算法

每個頁加乙個引用位(reference bit),每次訪問一頁時,硬體自動設定該位為1。選擇淘汰頁:掃瞄該位,是1時清0,並繼續掃瞄;直到碰到是0時淘汰該頁,記錄該位置,下次繼續

具體如下:

演算法缺點:

實際演算法中可以動態設定清除週期的速度,主要看空閒記憶體比例來決定。

虛擬記憶體中的其他問題

寫時複製

為了更快的地建立程序,子程序共享父程序的位址空間,僅當子程序需要更改資料時才複製產生新的頁

換出的頁存放到**

工作集即給程序分配的主存物理空間。作業系統如何決定分配給程序的物理記憶體空間,下面是需要考慮的問題

工作集的兩種分配方式:

置換策略

系統執行過程中可能cpu的利用率大幅下降

每個程序的缺頁率增大 ,缺頁率增大到一定程度,程序總等待調頁完成 ,cpu利用率降低,程序進一步增多,缺頁率更大

這一現象稱為」顛簸「,防止的根本手段給程序分配足夠多的幀。但是分配多少合適呢。

belady異常:對有的頁面置換演算法,頁錯誤率可能會隨著分配幀數增加而增加。

什麼樣的頁面置換沒有belady異常:lru棧實現沒有。

虛擬記憶體中程式的優化

根據程式的區域性性原理,盡量將一起訪問的**放到一起

作業系統概念(九) 虛擬記憶體

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