《第四章 存儲器管理計(jì)算機(jī)教學(xué)課件PPT》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《第四章 存儲器管理計(jì)算機(jī)教學(xué)課件PPT（57頁珍藏版）》請?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。
1、1第四章存儲器管理4.6 4.6 虛擬存儲器虛擬存儲器 4.7 4.7 請求分頁存儲管理方式請求分頁存儲管理方式4.8 4.8 頁面置換算法頁面置換算法 4.9 4.9 請求分段存儲管理請求分段存儲管理2復(fù)習(xí)復(fù)習(xí)虛擬存儲器的引入虛擬存儲器的引入 程序的局部性規(guī)律，程序往往會程序的局部性規(guī)律，程序往往會不均不均勻地高度局部化地勻地高度局部化地訪問內(nèi)存。訪問內(nèi)存。 這種特性使得程序的執(zhí)行這種特性使得程序的執(zhí)行在一段時(shí)間內(nèi)被限制在一段時(shí)間內(nèi)被限制在作業(yè)的某一局部范圍在作業(yè)的某一局部范圍。 （1）時(shí)間局限性時(shí)間局限性: :最近被訪問的存儲位置，最近被訪問的存儲位置，很可能不久的將來還要被訪問。很可能不
2、久的將來還要被訪問。(2)空間局限性空間局限性:存儲訪問有集成一組的傾向，以致一旦存儲訪問有集成一組的傾向，以致一旦某個(gè)位置被訪問到，很有可能它附近的位置也要被訪某個(gè)位置被訪問到，很有可能它附近的位置也要被訪問。問。3虛擬存儲器的定義？虛擬存儲器的定義？ 所謂虛擬存儲器是指具有所謂虛擬存儲器是指具有請求調(diào)入請求調(diào)入功能和功能和置換功能置換功能，能從邏輯上對內(nèi)存容，能從邏輯上對內(nèi)存容量進(jìn)行擴(kuò)充的一種存儲器系統(tǒng)。量進(jìn)行擴(kuò)充的一種存儲器系統(tǒng)。 虛擬存儲器的大小受虛擬存儲器的大小受計(jì)算機(jī)系統(tǒng)地址結(jié)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)地址結(jié)構(gòu)構(gòu)和和可用外存數(shù)量可用外存數(shù)量的限制，與實(shí)際內(nèi)存單元的限制，與實(shí)際內(nèi)存單元的數(shù)量無關(guān)。的
3、數(shù)量無關(guān)。4頁式虛擬存儲系統(tǒng)頁式虛擬存儲系統(tǒng)分頁系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，增加了分頁系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，增加了請求調(diào)頁請求調(diào)頁功能、頁面置換功能功能、頁面置換功能所形成的所形成的。 在分段系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，增加了在分段系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，增加了請求請求調(diào)段及分段置換功能調(diào)段及分段置換功能后，所形成的段后，所形成的段式虛擬存儲系統(tǒng)。式虛擬存儲系統(tǒng)。 5在進(jìn)程開始運(yùn)行之前，在進(jìn)程開始運(yùn)行之前，不是裝入全部頁面不是裝入全部頁面，而是裝入一個(gè)或零個(gè)頁面，之后根據(jù)進(jìn)程而是裝入一個(gè)或零個(gè)頁面，之后根據(jù)進(jìn)程運(yùn)行的需要，運(yùn)行的需要，動(dòng)態(tài)裝入其它頁面動(dòng)態(tài)裝入其它頁面；當(dāng)內(nèi)存；當(dāng)內(nèi)存空間已滿，而又需要裝入新的頁面時(shí)，則空間已滿，而又需要裝入
4、新的頁面時(shí)，則根據(jù)某種算法淘汰某個(gè)頁面，以便裝入新根據(jù)某種算法淘汰某個(gè)頁面，以便裝入新的頁面的頁面請求分頁存儲管理方式是建立在純分請求分頁存儲管理方式是建立在純分頁基礎(chǔ)上的頁基礎(chǔ)上的. .其基本思想是？其基本思想是？6一、頁表機(jī)制的改進(jìn)一、頁表機(jī)制的改進(jìn) 頁號頁號物理塊號物理塊號狀態(tài)位狀態(tài)位P訪問字段訪問字段A 修改位修改位M 外存地址外存地址(1)狀態(tài)位狀態(tài)位（駐留位）P:該頁是在內(nèi)存還是在外存(2)訪問字段位訪問字段位A A：記錄本頁在一段時(shí)間內(nèi)被訪問的次數(shù);根據(jù)訪問位來決定淘汰哪頁（由不同的算法決定） (3)修改位修改位M M :該頁調(diào)入內(nèi)存后是否在被修改過(4)外存地址外存地址:該頁在
5、外存上的地址,通常為外存物理塊號.72 2、缺頁中斷機(jī)構(gòu)、缺頁中斷機(jī)構(gòu) 在請求分頁系統(tǒng)中，當(dāng)要訪問的頁面不在請求分頁系統(tǒng)中，當(dāng)要訪問的頁面不在內(nèi)存時(shí)，硬件發(fā)一個(gè)在內(nèi)存時(shí)，硬件發(fā)一個(gè)缺頁中斷缺頁中斷，轉(zhuǎn)交，轉(zhuǎn)交OS處理。處理。3 3、地址變換機(jī)構(gòu)、地址變換機(jī)構(gòu) 請求分頁系統(tǒng)中的地址變換機(jī)構(gòu)是以分頁系統(tǒng)請求分頁系統(tǒng)中的地址變換機(jī)構(gòu)是以分頁系統(tǒng)的地址變換機(jī)構(gòu)為的地址變換機(jī)構(gòu)為基礎(chǔ)基礎(chǔ)的，還增加了的，還增加了產(chǎn)生缺頁產(chǎn)生缺頁中斷、處理缺頁中斷，置換中斷、處理缺頁中斷，置換等功能。等功能。 8物理塊的分配策略物理塊的分配策略1)1)、固定分配局部置換固定分配局部置換2)2)、可變分配全局置換可變分配全局
6、置換3)3)、可變分配局部置換可變分配局部置換91 1、何時(shí)調(diào)入頁面、何時(shí)調(diào)入頁面1 1、預(yù)調(diào)頁策略、預(yù)調(diào)頁策略2 2、請求調(diào)頁策略、請求調(diào)頁策略用于首次調(diào)用于首次調(diào)入入10 假定作業(yè)假定作業(yè)p共計(jì)共計(jì)n頁頁，而系統(tǒng)分配給它的主，而系統(tǒng)分配給它的主存塊只有存塊只有m塊塊（m,n均為正整數(shù)，均為正整數(shù)，mn），），即最多只能容納即最多只能容納m頁。頁。如果程序如果程序p在運(yùn)行中成在運(yùn)行中成功的訪問次數(shù)為功的訪問次數(shù)為s,不成功的訪問次數(shù)為不成功的訪問次數(shù)為f,那么，那么，其其總的訪問次數(shù)總的訪問次數(shù)a=s+f，若定義，若定義f =f/a，稱稱f 為為缺頁中斷率。缺頁中斷率。缺頁中斷率缺頁中斷率:
7、11（1）分配給進(jìn)程的物理頁面數(shù)分配給進(jìn)程的物理頁面數(shù)物理頁面數(shù)多，缺頁中斷少，反之，則缺頁中斷多物理頁面數(shù)多，缺頁中斷少，反之，則缺頁中斷多物理頁面數(shù)多，進(jìn)程數(shù)少（影響系統(tǒng)效率），反之，物理頁面數(shù)多，進(jìn)程數(shù)少（影響系統(tǒng)效率），反之，則進(jìn)程數(shù)多（缺頁中斷多）則進(jìn)程數(shù)多（缺頁中斷多）根據(jù)試驗(yàn)分析：對一共有根據(jù)試驗(yàn)分析：對一共有n頁的進(jìn)程來說，只要能分到頁的進(jìn)程來說，只要能分到n/2塊塊內(nèi)存空間，就可使系統(tǒng)獲得最高效率；內(nèi)存空間，就可使系統(tǒng)獲得最高效率；（2）頁面本身的大小頁面本身的大小頁面大，進(jìn)程的頁數(shù)少，一頁的信息就大，缺頁中斷頁面大，進(jìn)程的頁數(shù)少，一頁的信息就大，缺頁中斷次數(shù)減少；不同的計(jì)算
8、機(jī)系統(tǒng)，有不同頁面大??；次數(shù)減少；不同的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，有不同頁面大?。?2程序編制方法1：Forj:=1to128Fori:=1to128Aij:=0;按列：缺頁中斷次數(shù)：1281281程序編制方法2：Fori:=1to128Forj:=1to128Aij:=0;按行：缺頁中斷次數(shù)128-1（3）程序的編制方法）程序的編制方法可見：缺頁中斷率與程序的局部化程度密切相關(guān)。希望編制的程序能經(jīng)常集中在幾個(gè)頁面上；131,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 1,102,13,14,15,16,17,18,19,110,114 (4) 頁面淘汰算法頁面淘汰算法理論的頁面淘汰
9、算法應(yīng)該選擇的被淘汰頁理論的頁面淘汰算法應(yīng)該選擇的被淘汰頁面將是面將是以后永不使用的以后永不使用的，或在最長，或在最長(未來未來)時(shí)間內(nèi)不再被訪問的頁面。（時(shí)間內(nèi)不再被訪問的頁面。（OPT算法算法）。）。實(shí)際上，可以用理論的頁面淘汰算法作實(shí)際上，可以用理論的頁面淘汰算法作標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)，選擇其它較好的頁面淘汰算法，選擇其它較好的頁面淘汰算法頁面淘汰算法選擇不合適，會使系統(tǒng)頁面淘汰算法選擇不合適，會使系統(tǒng)“抖動(dòng)抖動(dòng)”15 剛被換出的頁很快又被訪問，需要重新調(diào)入，剛被換出的頁很快又被訪問，需要重新調(diào)入，為此又需再選出一頁調(diào)出；而剛被換出的頁，很為此又需再選出一頁調(diào)出；而剛被換出的頁，很快又要被訪問，又需
10、把它調(diào)入，如此頻繁地更換快又要被訪問，又需把它調(diào)入，如此頻繁地更換頁面，以致一個(gè)進(jìn)程在運(yùn)行中，把大部分時(shí)間花頁面，以致一個(gè)進(jìn)程在運(yùn)行中，把大部分時(shí)間花費(fèi)在完成頁面的置換工作上，使得費(fèi)在完成頁面的置換工作上，使得調(diào)度頁面調(diào)度頁面所需時(shí)間比進(jìn)程實(shí)際運(yùn)行的時(shí)間還所需時(shí)間比進(jìn)程實(shí)際運(yùn)行的時(shí)間還多多. 我們稱該進(jìn)程發(fā)生了我們稱該進(jìn)程發(fā)生了“抖動(dòng)抖動(dòng)”。 抖動(dòng)抖動(dòng)16 最佳置換算法是由最佳置換算法是由Relady在在1966年提出年提出的，這種算法選擇的被淘汰頁面，將是的，這種算法選擇的被淘汰頁面，將是永不永不使用的，或在最長時(shí)間內(nèi)不再被訪問的使用的，或在最長時(shí)間內(nèi)不再被訪問的頁面。頁面。 “最佳最佳”是
11、指對于任意的內(nèi)存固定空間是指對于任意的內(nèi)存固定空間m和程序和程序 p, 缺頁中斷率最小。它是一個(gè)理論缺頁中斷率最小。它是一個(gè)理論上的算法。上的算法。1 1、最佳置換算法（、最佳置換算法（OPTOPT） 17 假定系統(tǒng)為某進(jìn)程分配了三個(gè)物理塊，并考慮有以下的頁面號引用串。1 2 3 4 5 6 7 8 9 1011121314151617181920217 0 1 2 0 3 0 4 2 3 0 3122 0 1 1 7107700717014234 2 3021200230 3 21021 2 0 1 17017 0 130302采用最佳置換算法，只發(fā)生了6次頁面置換，發(fā)生了9次缺頁中斷。缺頁
12、率=9/21182、先進(jìn)先出頁面置換算法（、先進(jìn)先出頁面置換算法（FIFO） 這是最早出現(xiàn)的置換算法，這種算這是最早出現(xiàn)的置換算法，這種算法法總是淘汰最先進(jìn)入內(nèi)存的頁面總是淘汰最先進(jìn)入內(nèi)存的頁面，選，選擇在內(nèi)存中擇在內(nèi)存中駐留時(shí)間最久駐留時(shí)間最久的頁面予以淘的頁面予以淘汰。汰。19采用FIFO算法進(jìn)行頁面置換時(shí)的情況。7170217031024 512360237430842094231002311-130131401215-18712197022070121一共發(fā)生了12次頁面置換，比最佳置換算法多了1倍。缺頁率15/21=3/4，15次頁面中斷。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 101
13、1121314151617181920217 0 1 2 0 3 0 4 2 3 0 3122 0 1 1 71020 FIFO是根據(jù)各個(gè)頁面調(diào)入內(nèi)存的時(shí)間來是根據(jù)各個(gè)頁面調(diào)入內(nèi)存的時(shí)間來選擇被淘汰頁面，但選擇被淘汰頁面，但頁面調(diào)入的先后并不頁面調(diào)入的先后并不能反映頁面的使用情況能反映頁面的使用情況。 FIFO算法只是在算法只是在按線性順序訪問地址按線性順序訪問地址空間空間才是理想的。才是理想的。 未考慮到程序的未考慮到程序的動(dòng)態(tài)特性動(dòng)態(tài)特性。 可能引起可能引起異常異常。21先進(jìn)先出置換算法的一個(gè)異常現(xiàn)象：對于一些特定的頁面訪問序列，先進(jìn)先出置換算法有隨著分給的頁架數(shù)增加，缺頁頻率也增加的異常
14、現(xiàn)象。ABCDABEEECDDABCDABBBECCABCDAAABEE+頁面訪問序列ABCDABEABCDE九次缺頁三個(gè)頁面ABCDDDEABCDEABCCCDEABCDABBBCDEABCAAABCDEAB+頁面訪問序列十次缺頁四個(gè)頁面221、LRU（Least Recently Used）算法的描述）算法的描述 基本思想：基于程序的局部性原理局部性原理，在前面幾條指令中使用頻繁的頁面很可能在后面的幾條指令中頻繁使用，反之，已經(jīng)很久沒有已經(jīng)很久沒有使用的頁面很有可能在未來較長一段時(shí)間內(nèi)使用的頁面很有可能在未來較長一段時(shí)間內(nèi)不會使用不會使用；因此，在缺頁發(fā)生時(shí)，淘汰掉最最久未使用久未使用的頁
15、；選擇淘汰的頁面是最近最選擇淘汰的頁面是最近最久未使用久未使用23我們用“最近的過去最近的過去”來直接推斷“最近的將來最近的將來”。77070071121200 3 002340432024324300322 1321320120 1 1 7 0 1017發(fā)生了9次頁面置換。標(biāo)明訪問時(shí)標(biāo)明訪問時(shí)間間 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1011121314151617181920217 0 1 2 0 3 0 4 2 3 0 3122 0 1 1 710242、LRU算法的硬件支持算法的硬件支持為了實(shí)現(xiàn)為了實(shí)現(xiàn)LRU算法必須解決：算法必須解決： （1）一個(gè)進(jìn)程在內(nèi)存中的各個(gè)頁面）一個(gè)進(jìn)程在內(nèi)存
16、中的各個(gè)頁面各有多久各有多久時(shí)間未被進(jìn)程訪問；時(shí)間未被進(jìn)程訪問； （2）如何快速地知道哪一頁是）如何快速地知道哪一頁是最近最久最近最久未使未使用的頁面。用的頁面。 需要兩類硬件之一：寄存器需要兩類硬件之一：寄存器 或或 棧棧251 1、寄存器、寄存器 為每個(gè)在內(nèi)存中的頁面配置一個(gè)為每個(gè)在內(nèi)存中的頁面配置一個(gè)移位寄存器移位寄存器，表示為：表示為： R=Rn-1Rn-2Rn-3R1R2R0 當(dāng)進(jìn)程訪問某物理塊時(shí)，要將相應(yīng)的寄存器的當(dāng)進(jìn)程訪問某物理塊時(shí)，要將相應(yīng)的寄存器的Rn-1位置為位置為1。 定時(shí)信號將每隔一定時(shí)間將寄存器定時(shí)信號將每隔一定時(shí)間將寄存器右移一次右移一次，把把n位寄存器的數(shù)看作是一
17、個(gè)無符號的整數(shù)，位寄存器的數(shù)看作是一個(gè)無符號的整數(shù)，最近最近最久未使用最久未使用的頁面就對應(yīng)著具有的頁面就對應(yīng)著具有最小數(shù)值最小數(shù)值的寄存器的寄存器 。用于記錄某進(jìn)程在內(nèi)存中各頁的使用情況。用于記錄某進(jìn)程在內(nèi)存中各頁的使用情況。262 2、棧、棧 LRU置換算法可用堆棧的方法來實(shí)現(xiàn)。置換算法可用堆棧的方法來實(shí)現(xiàn)。 棧中存放當(dāng)前內(nèi)存中的頁面號，每當(dāng)訪問一棧中存放當(dāng)前內(nèi)存中的頁面號，每當(dāng)訪問一頁時(shí)就調(diào)整一次堆棧，總是頁時(shí)就調(diào)整一次堆棧，總是使最近訪問的那頁的頁使最近訪問的那頁的頁面號保持在棧頂面號保持在棧頂，然后根據(jù)當(dāng)前被訪問時(shí)間的近遠(yuǎn)，然后根據(jù)當(dāng)前被訪問時(shí)間的近遠(yuǎn)，依次排列，依次排列，棧底棧底總
18、是最近最久未使用的那頁的頁總是最近最久未使用的那頁的頁面號。面號。 淘汰淘汰271121231234214312431234215621237651241256125612561265126313276327作業(yè)固定占用作業(yè)固定占用4塊主存塊主存 例如，某作業(yè)按下列頁號訪問：例如，某作業(yè)按下列頁號訪問： 28CLock算法就是用得較多的一種LRU近似算法。當(dāng)需要置換一頁時(shí)，選擇在最近一段時(shí)間內(nèi)最久未用最久未用的頁予以淘汰，因此稱為最近未用最近未用的算法NRU（Not Recently UsedNot Recently Used）。29 這種近似算法，要求為這種近似算法，要求為每一頁設(shè)置一位訪問
19、位每一頁設(shè)置一位訪問位，再將內(nèi)存中的所有頁面都通過指針按再將內(nèi)存中的所有頁面都通過指針按FIFO鏈成一個(gè)鏈成一個(gè)循環(huán)隊(duì)列。循環(huán)隊(duì)列。 當(dāng)某頁當(dāng)某頁被訪問時(shí)被訪問時(shí)，訪問位由硬件自動(dòng)置，訪問位由硬件自動(dòng)置“1”。根。根據(jù)訪問位的狀態(tài)來判斷各個(gè)頁面最近使用的情況。如據(jù)訪問位的狀態(tài)來判斷各個(gè)頁面最近使用的情況。如果是果是“0”，就選擇該頁換出；若為，就選擇該頁換出；若為1，則重新將它置，則重新將它置為為0，再按照，再按照FIFO算法檢查下一個(gè)頁面。算法檢查下一個(gè)頁面。 30塊號頁號訪問位指針0124034215650711替換替換指針指針總是指向最近總是指向最近被替換的頁所被替換的頁所在的存儲塊，在
20、的存儲塊，缺頁時(shí)從其后缺頁時(shí)從其后一塊開始。一塊開始。311類（A=0，M=0），最近既未被訪問，又未被修改，是最佳淘汰頁最佳淘汰頁。2類（A=0，M=1），最近未被訪問，但已被修改，不是很好的淘汰頁。3類（A=1，M=0），最近已被訪問，但未被修改，可能再被訪問。既要考慮到頁既要考慮到頁面的使用情況，面的使用情況，還要考慮置換還要考慮置換代價(jià)代價(jià) 4類（A=1，M=1），最近已被訪問且被修改，可能再被訪問。根據(jù)訪問位根據(jù)訪問位A和修改位和修改位M的組合來確定的組合來確定32（1）從指針的當(dāng)前位置開始，掃描按先進(jìn)先出循環(huán)隊(duì)列，尋找A=0A=0且且M=0M=0的第一類頁面，將符合條件的第一個(gè)頁面
21、作為淘汰頁，在第一次掃描期間A不改變。 33（2）第一步失敗，開始第二輪掃描，尋找A=0且且M=1的第二類頁面，將符合條件的第一個(gè)頁面作為淘汰頁。將所有經(jīng)過的頁面的訪問位置0。（3）第二步也失敗，把指針返回到開始的位置，把所有的訪問位把所有的訪問位A置為置為0，然后重復(fù)第一步重復(fù)第一步，如還是失敗，重復(fù)第二步，就一定能找到被淘汰的頁。34該算法與簡單該算法與簡單 Clock算法比較，可算法比較，可減少磁盤減少磁盤的的I/O操作次數(shù)操作次數(shù)，但為了找到要淘汰的頁面，但為了找到要淘汰的頁面，可能需要經(jīng)過幾輪掃描，使該算法本身的開銷可能需要經(jīng)過幾輪掃描，使該算法本身的開銷有所增加。有所增加。351、
22、最少使用（LeastFrequentlyUsed）置換算法（LFU）既可實(shí)現(xiàn)LRU，也可實(shí)現(xiàn)LFU 為內(nèi)存中的每個(gè)頁面為內(nèi)存中的每個(gè)頁面設(shè)置一個(gè)設(shè)置一個(gè)移位寄存器移位寄存器，用，用來記錄頁面被訪問的頻率，來記錄頁面被訪問的頻率，淘汰頁是最少使用或是訪淘汰頁是最少使用或是訪問次數(shù)最少的頁面。問次數(shù)最少的頁面。 ri最小的頁就是最近一段時(shí)間使用最少的頁面。最小的頁就是最近一段時(shí)間使用最少的頁面。362 2、頁面緩沖算法（、頁面緩沖算法（Page Buffering Algorithm） PBA淘汰頁面未修改修改過空閑頁面鏈表末尾已修改頁面的鏈表中末尾采用可變分配和局部置換方式，采用可變分配和局部置
23、換方式，采用采用FIFO置換算法置換算法 實(shí)際上,頁面在內(nèi)存中并不做物理上的移動(dòng),只是將頁表中的表項(xiàng)移到上述鏈表;這種方法, 修改或未修改的頁面還在內(nèi)存中,當(dāng)該進(jìn)程需要再次訪問這些頁面時(shí),花費(fèi)很小就能使這些頁面返回到進(jìn)程中; 當(dāng)被修改的頁面數(shù)目達(dá)到一定值時(shí),一起寫回磁盤上,從而顯著減少磁盤I/O的操作次數(shù);371、抖動(dòng)產(chǎn)生的原因和預(yù)防方法、抖動(dòng)產(chǎn)生的原因和預(yù)防方法 不適當(dāng)?shù)靥岣叨嗟莱绦蚨龋粌H不會提高系統(tǒng)吞吐量，反而會出現(xiàn)“抖動(dòng)”現(xiàn)象，就是剛被換出頁很快要被訪問，需重新調(diào)入，因此在調(diào)入前要先選一頁調(diào)出；而這個(gè)剛被換出的頁，很快又要被訪問，又要將它調(diào)入，如此頻繁地更換頁面，以致一個(gè)進(jìn)程在運(yùn)行時(shí)，
24、把大部分時(shí)間花費(fèi)在頁面置換的工作上，我們稱該進(jìn)程發(fā)生了“抖動(dòng)”。381 1、抖動(dòng)產(chǎn)生的原因、抖動(dòng)產(chǎn)生的原因 調(diào)度程序一旦發(fā)現(xiàn)CPU的利用率降低，就立即提高多道程序度，引入新的進(jìn)程參加運(yùn)行，以提高CPU的利用率。當(dāng)新進(jìn)程進(jìn)入內(nèi)存時(shí)，由于空閑物理塊隊(duì)列中的物空閑物理塊隊(duì)列中的物理塊都用完了，理塊都用完了，只能從其它運(yùn)行進(jìn)程處去獲得物理塊，于是又將進(jìn)一步加劇了另外一些進(jìn)程的缺頁情況，又使等待頁面調(diào)入/調(diào)出的進(jìn)程數(shù)目增多，這又降低了CPU的利用率。39 那么為了提高CPU的利用率，調(diào)度程序又去引入新的進(jìn)程，這就產(chǎn)生了惡性循環(huán)，使缺頁率急劇地上升。這時(shí)候，運(yùn)行進(jìn)程的大部分時(shí)間都用于進(jìn)行頁面的換入/換出，
25、幾乎不能完成任何有效的工作，我們稱這時(shí)的進(jìn)程是處于“抖動(dòng)”狀態(tài)。 40CPU利用率利用率多道程序度多道程序度從圖中可看出CPU的利用的利用率和多道程序度率和多道程序度之間的關(guān)系。開始時(shí)，CPU的利用率隨著程序度的提高而提高，達(dá)到某一峰值后，如果繼續(xù)增加多道程序度，將產(chǎn)生抖動(dòng)，從而導(dǎo)致CPU的利用率急劇下降。412 2、抖動(dòng)的預(yù)防、抖動(dòng)的預(yù)防核心問題:選擇合適的頁面置換算法。分配給進(jìn)程合適的物理頁面數(shù)。調(diào)整多道程序度。1、采取局部置換策略2、在CPU調(diào)度程序中引入工作集算法3、掛起若干進(jìn)程頁面淘汰算法不合理頁面淘汰算法不合理分配給進(jìn)程的物理頁面數(shù)太少分配給進(jìn)程的物理頁面數(shù)太少42 請求分段系統(tǒng)是
26、在分段系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，請求分段系統(tǒng)是在分段系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，增加了請求調(diào)段及分段置換功能后形成的，增加了請求調(diào)段及分段置換功能后形成的，以分段作為換入、換出的單位。以分段作為換入、換出的單位。 4.9.1需要硬件支持需要硬件支持4.9.2共享與保護(hù)共享與保護(hù)434.9.1 請求分段中的硬件支持請求分段中的硬件支持 請求分段管理需要的硬件支持:段表機(jī)制、缺段中斷機(jī)構(gòu)、地址變換機(jī)構(gòu)。段號段長基址在內(nèi)存的起始地址分段：441 1、段表機(jī)制、段表機(jī)制請求分段的段表項(xiàng)段名(號)段長 段的地址存取方式訪問字段A修改字段M存在位P增補(bǔ)位外存地址（1）存取方式：用于標(biāo)識本分段的存取屬性是只執(zhí)行、只讀，還是允許讀/寫
27、。45（2）訪問字段A：用于記錄該段被訪問的頻繁程度。（3）修改位M：用于表示該頁進(jìn)入內(nèi)存后，是否已被修改過。（4）存在位P：用于指示本段是否已調(diào)入內(nèi)存。段名(號)段長 段的地址存取方式訪問字段A修改字段M存在位P增補(bǔ)位外存地址46（5）增補(bǔ)位：這是請求分段式管理中特有的字段，用于表示本段在運(yùn)行過程中，是否進(jìn)行過動(dòng)態(tài)增長。（6）外存始址：指示本段在外存中的起始地址，即起始盤塊號。段名(號)段長 段的地址存取方式訪問字段A修改字段M存在位P增補(bǔ)位外存地址47阻塞請求進(jìn)程虛段不在內(nèi)存從外存讀入段修改段表及內(nèi)存空區(qū)鏈喚醒請求返回內(nèi)存中有合適的空閑區(qū)么？空間容量總和能否滿足？淘汰一個(gè)或幾個(gè)實(shí)段，以形成
28、一個(gè)合適空區(qū)空間拼接，以形成一個(gè)合適的空區(qū)否否是是483、地址變換機(jī)構(gòu)段號 位移量W有效地址分段系統(tǒng)的地址變換分段系統(tǒng)的地址變換機(jī)構(gòu)中應(yīng)用增加機(jī)構(gòu)中應(yīng)用增加缺段中斷請求缺段中斷請求以及處理等功能。以及處理等功能。 49訪問SWW段長符合存取方式段S在內(nèi)存修改訪問字段，如寫訪問，置修改位=1形成訪問主存地址(A)=(內(nèi)存始址)+(位移量W)返回分段越界中斷處理分段保護(hù)中斷處理缺段中斷處理NNNYYY50進(jìn)程1段表editordata1段長基址1608040240editordata2段長基址160804038080240editordata1data2380420280分段管理容易實(shí)現(xiàn)共享分段管
29、理容易實(shí)現(xiàn)共享51一、共享段表共享段表段名 段長 內(nèi)存始址狀態(tài)外存始址共享進(jìn)程計(jì)數(shù)共享進(jìn)程計(jì)數(shù)count狀態(tài)進(jìn)程名 進(jìn)程號 段號存取控制共享段表項(xiàng) 在系統(tǒng)中配置一張共享段表，每個(gè)共享段在共在系統(tǒng)中配置一張共享段表，每個(gè)共享段在共享段表中都有一個(gè)表項(xiàng)，記錄共享段的段號、段長、享段表中都有一個(gè)表項(xiàng)，記錄共享段的段號、段長、內(nèi)存始址、存在位等，以及內(nèi)存始址、存在位等，以及共享這個(gè)分段的每個(gè)進(jìn)共享這個(gè)分段的每個(gè)進(jìn)程的情況。程的情況。521 1、共享進(jìn)程計(jì)數(shù)、共享進(jìn)程計(jì)數(shù)count整型變量整型變量count是為了記錄有多少個(gè)進(jìn)程是為了記錄有多少個(gè)進(jìn)程需要共享該分段。需要共享該分段。2 2、存取控制字段、
30、存取控制字段 3 3、段號、段號對于同一個(gè)共享段，不同的進(jìn)程可用不同對于同一個(gè)共享段，不同的進(jìn)程可用不同的段號去共享該段。的段號去共享該段。531 1、共享段的分配、共享段的分配分配：分配：第一個(gè)進(jìn)程以后的進(jìn)程分配內(nèi)存空間，調(diào)入共享段，進(jìn)程的段表分配內(nèi)存空間，調(diào)入共享段，進(jìn)程的段表加一該共享段的表項(xiàng)，在共享段表中加一加一該共享段的表項(xiàng)，在共享段表中加一個(gè)表項(xiàng)，置個(gè)表項(xiàng)，置count=1count=1。進(jìn)程的段表加一該共享段的表項(xiàng)，在共享進(jìn)程的段表加一該共享段的表項(xiàng)，在共享段表中加該進(jìn)程的有關(guān)內(nèi)容，置段表中加該進(jìn)程的有關(guān)內(nèi)容，置count= count= count+ 1 count+ 1 。5
31、4回收：回收：取消進(jìn)程段表中有關(guān)共享段的表項(xiàng),回收物理內(nèi)存,取消共享段表中有關(guān)共享段的相應(yīng)表項(xiàng)。count-1=0count-10取消進(jìn)程段表中有關(guān)共享段的表項(xiàng), 取消共享段表中有關(guān)該進(jìn)程的相應(yīng)內(nèi)容。55 在分段系統(tǒng)中，各個(gè)分段在邏輯上是在分段系統(tǒng)中，各個(gè)分段在邏輯上是獨(dú)立的，因此信息保護(hù)也是比較容易實(shí)現(xiàn)獨(dú)立的，因此信息保護(hù)也是比較容易實(shí)現(xiàn)的。一般采用以下方法來進(jìn)行分段保護(hù)：的。一般采用以下方法來進(jìn)行分段保護(hù)： 段表：段長段表：段長段表寄存器：段表長度段表寄存器：段表長度1、越界檢查、越界檢查562 2、存取控制檢查、存取控制檢查 在段表的每個(gè)表項(xiàng)中，都設(shè)置了一個(gè)在段表的每個(gè)表項(xiàng)中，都設(shè)置了一個(gè)“存取控制存取控制”字段來規(guī)定對該段的訪問方式。字段來規(guī)定對該段的訪問方式。 通常的訪問方式有：通常的訪問方式有：（1）只讀：只允許讀訪問。）只讀：只允許讀訪問。（2）只執(zhí)行：只允許執(zhí)行，不允許讀，也不允許寫。）只執(zhí)行：只允許執(zhí)行，不允許讀，也不允許寫。（3）讀）讀/寫：允許進(jìn)行讀寫訪問。寫：允許進(jìn)行讀寫訪問。 l說明請求分段系統(tǒng)中的缺段中斷處理過程。57
第四章 存儲器管理計(jì)算機(jī)教學(xué)課件PPT
