操作系统原理第七章.ppt
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1、第七章第七章 主存管理主存管理17.4 页式存储管理页式存储管理7.4.1 页式系统应解决的问题页式系统应解决的问题一、问题的提出一、问题的提出分区存储分区存储管理的主要问题是管理的主要问题是碎片碎片问题,拼接技术消耗问题,拼接技术消耗大量的大量的CPU时间。时间。主要原因:用户程序装入内存时主要原因:用户程序装入内存时整体装入整体装入。为解决这个问题,提出了为解决这个问题,提出了分页存储管理分页存储管理技术。技术。27.4 页式存储管理页式存储管理7.4.1 页式系统应解决的问题页式系统应解决的问题二、分页的概念二、分页的概念 程序地址空间分成程序地址空间分成大小相等大小相等的单位,称为的单
2、位,称为页页;内存地址空间分成与页大小相等的单位,称为内存地址空间分成与页大小相等的单位,称为块块;程序以页为单位装入内存程序以页为单位装入内存;页的大小是为页的大小是为2nn,通常为通常为1KB1KB,2KB2KB,nKBnKB等。等。37.4 页式存储管理页式存储管理7.4.1 页式系统应解决的问题页式系统应解决的问题47.4 页式存储管理页式存储管理7.4.1 页式系统应解决的问题页式系统应解决的问题分页的好处分页的好处:没有没有外碎片外碎片,每个,每个内碎片内碎片不超过页大小不超过页大小;实现了由连续存储到非连续存储的飞跃。实现了由连续存储到非连续存储的飞跃。57.4 页式存储管理页式
3、存储管理7.4.1 页式系统应解决的问题页式系统应解决的问题页式存储管理要解决如下问题:页式存储管理要解决如下问题:1、页式存储管理系统的、页式存储管理系统的地址映射地址映射2、调入策略调入策略3、淘汰策略淘汰策略4、放置策略放置策略 67.4 页式存储管理页式存储管理7.4.2 页式地址变换页式地址变换一、页表一、页表一、页表一、页表 页表是页式存储管理的数据结构。页表是页式存储管理的数据结构。主要包括:页与内存块的对应关系主要包括:页与内存块的对应关系 77.4 页式存储管理页式存储管理7.4.2 页式地址变换页式地址变换一、页表一、页表87.4 页式存储管理页式存储管理7.4.2 页式地
4、址变换页式地址变换二、虚地址结构二、虚地址结构二、二、程序地址程序地址(虚地址、逻辑地址虚地址、逻辑地址)组成:组成:页号页号P、页内地址页内地址W。页页的的大大小小是是区区别别页页号号和和页页内内地地址址的的依依据据:页页内内地地址址占占虚地址的低位部分,页号占虚地址的高位部分虚地址的低位部分,页号占虚地址的高位部分。假定页的大小假定页的大小1024字节,虚地址占用字节,虚地址占用2个字节个字节 P W 15 10 9 097.4 页式存储管理页式存储管理7.4.2 页式地址变换页式地址变换二、虚地址结构二、虚地址结构例例1:页面大小:页面大小1KB,虚地址为,虚地址为3BADH,求,求P和
5、和W例例2:页面大小:页面大小2KB,虚地址为,虚地址为3BADH,求,求P和和W 107.4 页式存储管理页式存储管理7.4.2 页式地址变换页式地址变换 二、虚地址结构二、虚地址结构例例1:页面大小:页面大小1KB,虚地址为,虚地址为3BADH,求,求P和和W P=0EHW=3ADH 117.4 页式存储管理页式存储管理7.4.2 页式地址变换页式地址变换二、虚地址结构二、虚地址结构例例2:页面大小:页面大小2KB,虚地址为,虚地址为3BADH,求,求P和和W P=07HW=3ADH 127.4 页式存储管理页式存储管理7.4.2 页式地址变换页式地址变换 三、页式地址映射三、页式地址映射
6、如何实现如何实现虚地址虚地址物理物理地址地址变换?变换?137.4.2 页式地址变换页式地址变换 三、页式地址映射三、页式地址映射页式地址变换页式地址变换147.4 页式存储管理页式存储管理7.4.2 页式地址变换页式地址变换 三、页式地址映射三、页式地址映射页大小:页大小:2K;机器地址长度:;机器地址长度:16位位157.4 页式存储管理页式存储管理7.4.2 页式地址变换页式地址变换 三、页式地址映射三、页式地址映射程序地址:连续;程序地址:连续;物理地址:不连续。物理地址:不连续。页式地址映射页式地址映射:透明透明实现程序地址到物理地址的转换。实现程序地址到物理地址的转换。167.4
7、页式存储管理页式存储管理7.4.2 页式地址变换页式地址变换 三、页式地址映射三、页式地址映射例:例:系系统统采采用用页页式式存存储储管管理理,作作业业大大小小是是8KB8KB,页页大大小小为为2KB2KB,依依次次装装入入内内存存的的第第7 7、9 9、A A、5 5块块,试试将将虚虚地地址址0AFEH0AFEH转转换换成内存地址。成内存地址。177.4 页式存储管理页式存储管理7.4.2 页式地址变换页式地址变换 三、页式地址映射三、页式地址映射虚地址虚地址0AFEH0AFEH0000 10000 1010 1111 1110010 1111 1110MRMR0100 10100 1010
8、 1111 1110010 1111 1110 4AFEH4AFEHP P1 W1 W010 1111 1110010 1111 1110187.4 页式存储管理页式存储管理7.4.2 页式地址变换页式地址变换 三、页式地址映射三、页式地址映射例:例:系系统统采采用用页页式式存存储储管管理理,作作业业大大小小是是8KB8KB,页页大大小小为为2KB2KB,依依次次装装入入内内存存的的第第7 7、9 9、1010、5 5块块,试试将将虚虚地地址址71457145转转换换成成内存地址。内存地址。197.4 页式存储管理页式存储管理7.4.2 页式地址变换页式地址变换 三、页式地址映射三、页式地址映
9、射虚地址虚地址 34123412P P3412 3412 2048 2048 1 1W W 3412 mod 20483412 mod 2048 13641364MR=9*2048+1364=19796MR=9*2048+1364=19796虚虚 地地 址址 34123412的的 内内 存存 地地 址址:1979619796207.4 页式存储管理页式存储管理7.4.2 页式地址变换页式地址变换四、联想存储器四、联想存储器 在在页页式式存存储储技技术术中中,每每访访问问一一次次内内存存,要要做做两两次次访访问问内内存的工作存的工作:查页表时要作一次访问内存的工作;查页表时要作一次访问内存的工作
10、;根据得到的物理地址,访问内存。根据得到的物理地址,访问内存。问题:问题:存取速度降低一倍,将会影响整个系统的使用效率。存取速度降低一倍,将会影响整个系统的使用效率。解决办法解决办法:采用联想存储器(关联存储器)技术加快查表的速度。采用联想存储器(关联存储器)技术加快查表的速度。217.4.2 页式地址变换页式地址变换四、联想存储器四、联想存储器227.4 页式存储管理页式存储管理7.4.3 请调策略请调策略一、问题的提出一、问题的提出页页式式存存储储管管理理提提高高了了内内存存的的利利用用效效率率,但但并并不不为为用用户户提供虚存;提供虚存;换换句句话话说说,当当一一个个用用户户程程序序的的
11、页页数数大大于于当当前前总总空空闲闲内内存块数时,系统就不能将该程序装入运行。存块数时,系统就不能将该程序装入运行。即用户程序将受到物理内存大小的限制。即用户程序将受到物理内存大小的限制。为了解决这个问题,提出为了解决这个问题,提出请求分页存储管理请求分页存储管理技术。技术。237.4 页式存储管理页式存储管理7.4.3 请调策略请调策略二、请求分页概念二、请求分页概念当当一一个个用用户户程程序序调调入入内内存存时时,不不是是将将该该程程序序全全部部装装入入内内存,而是存,而是只装入部分页只装入部分页到内存,就可启动程序运行;到内存,就可启动程序运行;在运行的过程中,如果发现要运行的程序或要访
12、问数据在运行的过程中,如果发现要运行的程序或要访问数据不在内存,则向系统发出不在内存,则向系统发出缺页中断请求缺页中断请求;系统在处理这个中断时,将在外存相应的页系统在处理这个中断时,将在外存相应的页调入调入内存,内存,该程序继续运行。该程序继续运行。247.4 页式存储管理页式存储管理7.4.3 请调策略请调策略三、请求分页要解决的问题三、请求分页要解决的问题1 1、如何发现如何发现执行的程序或访问的数据不在内存;执行的程序或访问的数据不在内存;2 2、程序或数据、程序或数据什么时候什么时候调入内存:调入内存:调入策略调入策略;3 3、当当一一些些页页调调入入内内存存时时,内内存存没没有有空
13、空闲闲内内存存时时,将将淘淘汰汰哪些页:哪些页:淘汰策略淘汰策略。257.4 页式存储管理页式存储管理7.4.3 请调策略请调策略四、数据结构四、数据结构页页表表增增加加相相应应内内容容:该该页页是是否否在在内内存存,在在外外存存的的位位置置,在在内内存的时间长短存的时间长短等。等。中断位中断位:0 0 表示该页在内存,表示该页在内存,1 1表示该页不在内存表示该页不在内存引用位引用位:0 0 表示最近没有进程访问,表示最近没有进程访问,1 1表示最近有进程访问表示最近有进程访问修修改改位位:0 0 该该页页调调入入内内存存后后没没有有修修改改,1 1页页调调入入内内存存后后修修改过改过267
14、.4 页式存储管理页式存储管理7.4.3 请调策略请调策略四、数据结构四、数据结构277.4 页式存储管理页式存储管理7.4.3 请调策略请调策略五、调入策略五、调入策略1 1、预调、预调系系统统根根据据作作业业(进进程程)运运行行的的情情况况,预预测测哪哪些些页页将将要要运运行行,在在其其运运行行之之前前先先行行调调入入内内存存,这这样样在在程程序序运运行行的过程中就不会出现缺页中断。的过程中就不会出现缺页中断。这这样样方方法法从从表表面面上上看看起起来来很很好好,但但系系统统无无法法预预计计系系统统中作业的运行情况,难以实现。中作业的运行情况,难以实现。2 2、请调、请调进进程程在在执执行
15、行过过程程中中,发发现现要要访访问问的的内内容容不不在在内内存存,向向系统提出调入请求,系统响应用户的请求。系统提出调入请求,系统响应用户的请求。287.4 页式存储管理页式存储管理7.4.3 请调策略请调策略五、调入策略五、调入策略缺页中断缺页中断在在地地址址映映射射过过程程中中,在在页页表表中中发发现现所所要要访访问问的的页页不不在在内存,则产生缺页中断。内存,则产生缺页中断。操操作作系系统统收收到到此此中中断断信信号号后后,调调出出缺缺页页中中断断程程序序,根根据页表中给出的外存地址,将该页调入内存:据页表中给出的外存地址,将该页调入内存:如如果果内内存存中中有有空空闲闲块块,则则分分配
16、配一一页页,将将新新调调入入页页装装入内存,并修改页表中相应表项;入内存,并修改页表中相应表项;若若此此时时内内存存中中没没有有空空闲闲块块,则则要要淘淘汰汰某某页页,若若该该页页在内存期间被修改过,则要将其写回外存。在内存期间被修改过,则要将其写回外存。297.4 页式存储管理页式存储管理7.4.3 请调策略请调策略五、调入策略五、调入策略缺页中断与普通中断的比较:缺页中断与普通中断的比较:相同:相同:保护保护CPUCPU现场现场中断处理中断处理恢复现场恢复现场不同:不同:缺缺页页中中断断在在指指令令执执行行期期间间产产生生和和处处理理,而而不不是是在在指指令令执执行行完完毕毕后后。所所缺缺
17、页页面面调调入入之之后后,重重新新执执行行被被中中断断的的指令。指令。一条指令的执行可能产生多次缺页中断。一条指令的执行可能产生多次缺页中断。307.4 页式存储管理页式存储管理7.4.4 淘汰策略淘汰策略一、置换算法一、置换算法用来选择淘汰哪一页的规则叫做置换算法。用来选择淘汰哪一页的规则叫做置换算法。二、颠簸二、颠簸抖动抖动。系统频繁做页面置换操作。系统频繁做页面置换操作。置换算法应尽可能减少抖动现象的发生。置换算法应尽可能减少抖动现象的发生。31假定程序假定程序p p共有共有n n页,系统分配给它的内存只有页,系统分配给它的内存只有m m块。块。1mn1mn访问的页在内存,称访问成功,否
18、则为失败。访问的页在内存,称访问成功,否则为失败。a=a=s+fs+fa:a:访问的总次数访问的总次数s s:访问访问成功成功的次数的次数f f:访问访问失败失败的次数的次数7.4 页式存储管理页式存储管理7.4.5 几种置换算法几种置换算法一、最佳算法一、最佳算法327.4 页式存储管理页式存储管理7.4.5 几种置换算法几种置换算法一、最佳算法一、最佳算法缺页中断率:缺页中断率:f=f/af=f/aff可表示成:可表示成:ff f(r,m,pf(r,m,p)ff与以下因素有关:与以下因素有关:r:r:调度算法;调度算法;m:m:内存固定空间大小;内存固定空间大小;p:p:程序。程序。337
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- 操作系统 原理 第七
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