作業系統筆記 儲存管理(3)

2022-09-07 09:48:15 字數 3878 閱讀 3866

請求分段系統

段頁式虛擬儲存器

所謂虛擬儲存器,是指具有請求調入功能和置換功能,能從邏輯上對記憶體容量加以擴充的一種儲存器系統。

其邏輯容量由記憶體容量和外存容量之和所決定,其執行速度接近於記憶體速度,而每位的成本卻又接近於外存。

特徵:多次性,對換性,虛擬性。

在一段時間內乙個程式的執行往往呈現出高度的區域性性,表現在時間與空間兩方面。

時間區域性性:一條指令被執行了,則在不久的將來它可能再被執行;在一段時間內,訪問的**範圍是有限的。

空間區域性性:若某一儲存單元被使用,在一定時間內,與該儲存單元相鄰的單元可能被使用。

請求分頁系統(頁式虛擬儲存器,分頁請求系統):在基本分頁系統基礎上,增加以頁面為單位的請求調入和自動置換功能 。

請求分頁的頁表機制

缺頁中斷機制

在請求分頁系統中,如果要訪問的頁面不在記憶體中時,便產生缺頁中斷。

指令執行期間發出中斷並響應和處理中斷,完成後返回(保證更快的將頁資料調入記憶體),一條指令可能發出多次缺頁中斷;

位址重定位

與之前的位址對映機制相似,只不過多了一些對於標誌位的操作,首先還是先找快表,快表中所有的頁表已載入了記憶體,找到的話,對應修改訪問字段,再根據是否修改來修改修改位。如果沒有找到就訪問頁表來查詢,根據狀態位來判斷是否已經載入記憶體,如果沒有就使用缺頁中斷來將其調入記憶體中,根據相關的替換演算法修改快表和標誌位,最後形成實體地址。

最小物理塊個數

保證程式正常執行需要的最小物理塊個數

由機器指令的結構決定

單位元組指令,直接定址:2塊;

單位元組指令,間接定址:3塊;

多位元組指令,直接定址:3塊;

多位元組指令,間接定址:4塊;

程序的工作集:駐留在物理記憶體中的虛擬頁面的子集。

工作集大小的變化:程序開始執行後,隨著訪問新頁面逐步建立較穩定的工作集。當記憶體訪

問的區域性性區域的位置大致穩定時,工作集大小也大致穩定;區域性性區域的位置改變時,工

作集快速擴張和收縮過渡到下乙個穩定值。

記憶體分配

物理塊分配策略

固定分配區域性置換:為程序分配物理塊;在程序執行期間,物理塊個數不變;新頁面,只能置換入該程序已經分配的物理塊;但是物理塊個數難以指定;可變分配全域性置換:為程序分配物理塊;在程序執行期間,物理塊個數隨時變化;新頁面,在全域性範圍內置換物理塊(用空閒塊就將其分配給需要的程序,並調入頁面,如果記憶體都佔滿了就隨機取乙個程序中的頁調出(全域性),該程序缺頁率增大);但是程序之間的執行互相影響,頁面「抖動」

可變分配區域性置換:為程序分配物理塊;在程序執行期間,物理塊個數可變化;新頁面,在該程序已經分配物理塊內置換避免物理塊初始設定不合理的難題;引入缺頁率,保證:低限閾值 <= 缺頁率 <= 高限閾值,缺頁高了就在調幾塊給程序,缺頁率低了就收回幾塊,保證在闕值之間。

物理塊分配演算法

平均分配:將物理塊平均分配給程序,但是忽略了各個程序的不同情況。

按比例分配:按程序使用的頁面數占總體的比例來分配物理塊數量。

加權分配:一種是將物理塊分為兩類一類直接均分,另一類根據程序的優先權或者執行的緊迫程度來分;還有一種就是直接按照程序的優先權和執行的緊迫程度分,優先順序高的,執行急迫的分到的塊多一點。

調入策略(何時):

預先調頁:一次調入多個頁面;減少後期i/o;

請求式調頁:需要時,調入;

調入策略(何處):外存對換區(對換區足夠,提高速度)檔案區(對換區不夠)unix方式:沒執行過的儲存在檔案區(第一次執行時調入),執行過的儲存在對換區(下次調入時由此進行調入);

置換演算法

缺頁率=缺頁置換次數/頁面訪問總數*100%

最佳置換

選擇以後再也不用的頁面;沒有的話,選擇以後最長時間不用的頁面進行置換;

但是無法實現,因為頁面的訪問順序無法預知,僅具有理論意義。

先進先出置換(fifo)

基於程式的順序執行特點,選擇到達記憶體最早的頁面,予以淘汰並置換;

頁面在記憶體中按時間排序;但是效果不佳(程式不是嚴格順序執行);

最近最久未使用置換(lru)

基於程式執行的區域性性原理;選擇最近以來最久未使用的頁面,予以淘汰並置換;

通過移位暫存器,棧實現,排程效能較好。

移位暫存器實現記錄:每個物理塊設定乙個移位暫存器,初值為0;訪問一次頁面,高位置1定時(100ms)將所有物理塊的移位暫存器右移1位,高位補0;選擇移位暫存器數值最小的物理塊,淘汰其中頁面。

請求分段系統段式虛擬儲存器,分段請求系統):在基本分段系統基礎上,增加以分段為單位的請求調入和自動置換功能 。

請求分段的段表機制

缺段中斷機制

當訪問的段不在記憶體中時提出缺段中斷請求。在指令執行期間,發出中斷並響應和處理中斷(保證更快的將段資料調入記憶體),返回,一條指令可能發出多次缺段中斷;

由於段的空間大小不想頁空間那樣定長,所以實現要比缺頁中斷困難。

位址重定位

分段共享與保護

共享段表:記錄了分段資訊,共享該分段程序的資訊(訪問控制,程序數量count,段號)。被共享分段可由各程序以不同方式(訪問控制,段號)共享。

分配演算法

a)檢索共享分段,如果共享分段存在轉c) ;

b)建立共享段表的段表項,填寫分段資訊,分配相應記憶體並調入分段;

c)記錄本程序資訊到共享段表的段項,count+1;

d)複製共享段表的段表項相應資訊(段基址、段長、訪問控制)到程序段表;

程序段表(私有段表):與前面所述共享段表相同在程序內部(私有);

**演算法

a) 撤消程序時,將所有該程序共享之分段的count-1 ;

b) 當某分段count =0時,**該分段所佔據記憶體;

段頁式虛擬儲存器:在段頁式系統基礎上,增加以分頁為單位的請求調入和自動置換功能 。

作業系統筆記 儲存管理(2)

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