操作系统课件os04存储管理.ppt
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1、操作系统操作系统Operating SystemsWINDOWSWINDOWSUNIXUNIXLINUXLINUXOS2OS2VxWorksVxWorksMac OSMac OS4.7请求分页存储管理方式请求分页存储管理方式 请求分页中的硬件支持请求分页中的硬件支持1 1页表机制页表机制状态位状态位P P:用于指示该页是否已调入内存。:用于指示该页是否已调入内存。供供程序访问程序访问时参考。时参考。访问字段访问字段A A:供选择:供选择换出页面换出页面时参考。时参考。用用于于记记录录本本页页在在一一段段时时间间内内被被访访问问的的次次数数,或或记记录录本本页最近已有多长时间未被访问。页最近已有
2、多长时间未被访问。4.7请求分页存储管理方式请求分页存储管理方式 请求分页中的硬件支持请求分页中的硬件支持1 1页表机制页表机制修改位修改位M M:供置换页面时参考。供置换页面时参考。表示该页在调入内存后是否被修改过。表示该页在调入内存后是否被修改过。外存地址外存地址用于指出该页在外存上的地址,通常是物理块号用于指出该页在外存上的地址,通常是物理块号供供调入该页调入该页时参考。时参考。2 2缺页中断机构缺页中断机构在在请请求求分分页页系系统统中中,每每当当所所要要访访问问的的页页面面不不在在内内存存时时,便便产生一缺页中断,请求产生一缺页中断,请求OSOS将所缺之页调入内存。将所缺之页调入内存
3、。缺页中断同样需要经历:缺页中断同样需要经历:1.1.保护保护CPUCPU环境环境2.2.分析中断原因分析中断原因3.3.转入缺页中断处理程序进行处理转入缺页中断处理程序进行处理4.4.恢复恢复CPUCPU环境环境多次缺页中断的指令多次缺页中断的指令如:在执行一条指令如:在执行一条指令 COPY A TO BCOPY A TO B时,可能要产时,可能要产生生6 6次缺页中断:次缺页中断:l指令本身跨了两个页面指令本身跨了两个页面lA A和和B B又分别各是一个数又分别各是一个数据块,也都跨了两个页据块,也都跨了两个页面。面。缺页中断缺页中断缺页中断与一般的中断区别:缺页中断与一般的中断区别:(
4、1)(1)缺页中断是在指令执行期间产生和处理中断信号。缺页中断是在指令执行期间产生和处理中断信号。一般中断都是在一般中断都是在CPUCPU一条指令执行完后,才检查是否有一条指令执行完后,才检查是否有中断请求到达。中断请求到达。(2)(2)一指令在执行期间,可产生多次缺页中断。一指令在执行期间,可产生多次缺页中断。系统中硬件机构应能保存多次中断时的状态,并保证系统中硬件机构应能保存多次中断时的状态,并保证最后返回到中断前产生缺页中断的指令处继续执行。最后返回到中断前产生缺页中断的指令处继续执行。3 3地址变换机构地址变换机构内存分配策略和分配算法内存分配策略和分配算法1 1最小物理块数最小物理块
5、数是指能保证进程正常运行所需的最小物理块数。是指能保证进程正常运行所需的最小物理块数。2 2物理块的分配策略物理块的分配策略3 3物理块分配算法物理块分配算法最小物理块数最小物理块数当系统为进程分配的物理块数少于此值时,进程将无法运当系统为进程分配的物理块数少于此值时,进程将无法运行。行。进程应获得的最少物理块数与计算机的硬件结构有关,取进程应获得的最少物理块数与计算机的硬件结构有关,取决于指令的格式、功能和寻址方式。决于指令的格式、功能和寻址方式。对于某些功能较强的机器,其指令长度可能是两个或对于某些功能较强的机器,其指令长度可能是两个或多于两个字节。多于两个字节。对于这种机器,至少要为每个
6、进程分配对于这种机器,至少要为每个进程分配6个物理块,以个物理块,以装入装入6个页面个页面。物理块的分配策略物理块的分配策略内存分配策略:内存分配策略:固定分配固定分配可变分配可变分配置换策略置换策略全局置换全局置换局部置换局部置换固定分配局部置换固定分配局部置换可变分配全局置换可变分配全局置换可变分配局部置换可变分配局部置换3 3物理块分配算法物理块分配算法1)1)平均分配算法平均分配算法将系统中所有可供分配的物理块平均分配给各个进程将系统中所有可供分配的物理块平均分配给各个进程2)2)按比例分配算法按比例分配算法根据根据进程的大小进程的大小按比例分配物理块的算法。按比例分配物理块的算法。3
7、)3)考虑优先权的分配算法考虑优先权的分配算法把内存中可供分配的所有物理块分成两部分:把内存中可供分配的所有物理块分成两部分:一部分按比例地分配给各进程;一部分按比例地分配给各进程;另一部分则根据各进程的优先权,适当地增加其相应另一部分则根据各进程的优先权,适当地增加其相应份额后,分配给各进程。份额后,分配给各进程。调页策略调页策略1)1)预调页策略预调页策略可采用一种以可采用一种以预测预测为基础的预调页策略为基础的预调页策略将那些预计在不久之后便会被访问的页面预先调入内存将那些预计在不久之后便会被访问的页面预先调入内存主主要要用用于于进进程程的的首首次次调调入入时时,由由程程序序员员指指出出
8、应应该该先先调调入哪些页。入哪些页。2)2)请求调页策略请求调页策略若若发发现现其其所所在在的的页页面面不不在在内内存存,便便立立即即提提出出请请求求,由由OSOS将将其所需页面调入内存。其所需页面调入内存。在目前的虚拟存储器中大多采用此策略。在目前的虚拟存储器中大多采用此策略。4.8 页面置换算法页面置换算法 1)最佳页面替换算法最佳页面替换算法OPT 通常可保证获得最低的缺页率。通常可保证获得最低的缺页率。该算法是无法实现的该算法是无法实现的2)先进先出页面替换算法先进先出页面替换算法FIFO 3)最近最久未使用置换算法最近最久未使用置换算法LRU4)时钟页面替换算法时钟页面替换算法缺页率
9、缺页率(缺页中断率缺页中断率)如果作业如果作业p在运行中成功的访问次数为在运行中成功的访问次数为s,不成功的访问不成功的访问次数为次数为F,则总的访问次数,则总的访问次数为:为:A=s+F 缺页中断率:缺页中断率:f=F/A。最佳替换算法最佳替换算法OPT所淘汰的页应该是:所淘汰的页应该是:以后不再访问的页以后不再访问的页或在最长(未来)时间内不再访问的页。或在最长(未来)时间内不再访问的页。发生了发生了5 5次页面置换,缺页次数次页面置换,缺页次数=8=8;缺页率;缺页率=8/17=8/17701772222000403337 0 1 2 0 3 0 4 2 3 0 3 2 1 2 1120
10、0 1 先进先出页面替换算法先进先出页面替换算法基于程序总是按线性顺序来访问物理空间这一假设。基于程序总是按线性顺序来访问物理空间这一假设。淘汰最先调入主存的页,或在主存中驻留时间最长的页。淘汰最先调入主存的页,或在主存中驻留时间最长的页。只需把一个进程已调入内存的页面,按先后次序链接成一个只需把一个进程已调入内存的页面,按先后次序链接成一个队列队列,并设置一个指针,它总是指向,并设置一个指针,它总是指向最老的页面最老的页面702247701230012304230324037 0 1 2 0 3 0 4 2 3 0 3 2 1 1130发生了发生了8 8次页面置换,缺页次数次页面置换,缺页次
11、数=11=11;缺页率;缺页率=11/14=11/14最最老老的的页页最近最久未使用页面替换算法最近最久未使用页面替换算法LRU该算法的主要出发点是:该算法的主要出发点是:用用“最近的过去最近的过去”作为作为“最近的将来最近的将来”的近似的近似如果某页被访问了,则它可能马上还要被访问。如果某页被访问了,则它可能马上还要被访问。当需要淘汰某一页时,选择离当前时间最近的一段时间内最当需要淘汰某一页时,选择离当前时间最近的一段时间内最久没有使用过的页先淘汰。久没有使用过的页先淘汰。或者反过来说,如果某页很长时间未被访问,则它在最近一或者反过来说,如果某页很长时间未被访问,则它在最近一段时间也不会被访
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