操作系统简明教程PPT第3章2.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,3.3,覆盖和对换,一道程序必须全部装入内存产生的问题,?,覆盖和对换,技术,解决多个进程大容量需求和小内存之间的矛盾。,1,3.3.1,覆盖,基本思想,:,将内存的同一区域按照使用的,先后顺序,，分配给几个不同进程或一个进程的,几个,程序段或数据段，即允许进程运行时，可以不用把它的所有程序段都调入内存，当进程处理需要某程序段时将它装入到原来已经占用的某分区中，原来存储在这个分区中的程序就被“覆盖”了。,2,采用覆盖技术的进程,常驻内存部分、覆盖部分,A,20K,B,50K,C,30K,F,30K,D,20K,E,40K,常驻,20K,B,和,C,共享该区,覆盖区,0,50K,覆盖区,1,40K,3,覆盖技术好处：内存扩充,缺点：,(1),用户难以预知他的程序的覆盖情况，尤其是通过合作设计实现大型软件系统，基本上程序员不能保证十分熟悉整个程序，而在小程序中是不需要采用覆盖技术的。,(2),用户只能有效地利用自己程序所占用的内存，而不能对整个内存加以有效利用。,(3),各进程占用的分区仍会存在碎片。,4,3.3.2,对换技术,概念,:,把内存中暂时无法运行的进程或者暂时不需要的程序、数据,写入辅存,，并将具备运行条件的进程或者需要的程序、数据从辅存,读入内存,。,外存被划分为两个部分：,文件区和对换区（,Swapping Area,）,交换技术细节将在后续内容中分析。,5,3.4,分页存储管理,离散分配,思想解决碎片。,分页存储管理（页式存储管理）,3.4.1,分页原理,逻辑地址空间划分相等的片,页（页面）,物理地址空间划分同样大小的片,块,一页存入一块，最后一块才有碎片。,6,页（或块）如何划分？,地址怎么办？,页大小是,2,的幂，目前大小在,2KB8KB,。,分页式存储管理的系统地址结构,逻辑地址,页号和页内位移量,7,逻辑地址与页号和页内,位,移量的对应关系,页号,=,逻辑地址,/,页面大小,页内偏移量,=,逻辑地址,MOD,页面大小,8,逻辑地址结构,4,位，页面大小为,4,，,0 0000,1 0001,2 0010,3 0011,4 0100,5 0101,6 0110,7 0111,8 1000,9 1001,10 1010,11 1011,12 1100,13 1101,14 1110,15 1111,9,例：,32,位的地址结构，页面大小为,4KB,。,为页内的每个存储单元编号需多少位？,12,位（,011,）,剩余的,1231,位表示页号。,10,例：,页面大小为,4KB,，逻辑地址为,28024,。,求页号和页内位移量？,页号,28024/4096=6,页内位移量,28024 MOD 4096=3448,计算机内部如何得到页号和页内位移量？,11,3.4.2,分页存储分配与回收算法,数据结构,:,页面映射表,PMT(,页表,),每个进程一张,存储分块表,MBT,整个系统一张,12,3.4.3,地址映射机构,1.,动态地址映射机构,分页式地址变换过程 页大小为,1024B,逻辑地址为,3795,13,2.,联想存储器,(,快表,),14,3.4.4,多级页表,多级页表地址结构,两级页表,15,3.4.5,分级页表管理方案的评价,优点,:,严重缺点：,(1),采用动态地址映射会增加计算机成本和降低处理机的速度。,(2),各种表格要占用一定容量的内存空间，而且还要花费一部分处理机时间来建立和管理这些表格。,(3),仍然有,碎片,(4),存储扩充问题仍未得到解决。,16,3.5,请求分页存储管理,3.5.1,请求分页原理,1.,局部性特征,表现,:,时间局部性 空间局部性,程序只需要将当前,必须的一部分,内容存在于内存中就可以开始执行，随着向前推进，再将所需的其它内容调入。但是在调入时，可能出现内存不够的情况，这样就要采用,3.3,节介绍的技术,对换。在请求分页管理中，,对换的对象,是,页,。,17,2.,请求分页存储管理的页表,系统通过检查带有状态项的页表判断该页是否在内存。该,页表结构,为：,页号,块号,状态位,外存地址,访问字段,修改位,18,3.,缺页中断,当要访问的页不在内存时，产生一个,缺页中断,，请求操作系统将所缺页调入。,缺页中断,除了具有一般中断的保护现场、分析中断、转中断处理程序的过程外，还具有指令执行期间产生和处理中断而且可能多次中断的特征。,产生,6,次缺页中断的指令,19,4.,请求分页的地址,变换,在分页式存储,管理的地址变,换基础上增加,缺页中断处理,的流程,20,3.5.2,页面置换算法,1,先进先出算法,FIFO(First,In,First Out),例,:,对于某进程，,分配的物理块,数,m=3,，执行,时的页面顺序,为,1,、,2,、,4,、,5,、,2,、,3,、,1,、,4,21,2,最优页面置换算法,OPR,（,Optimal Page Replacement,）,思想：选择以后最远将来才会用到甚至是以后再不会用到的页面予以置换。采用这种算法，可以保证只发生最少页面置换次数,3,最近最久未用置换算法,LRU(Least Recently Used),基本思想：依据局部性原理，当需要置换一页时，选择在最近一段时间最久未用的页予以淘汰。,22,23,4,LRU,近似算法,这种算法在页表中设置一个“引用位”，页面管理软件周期地,(,设周期为,T),把所有引用位置“,0”,。,当某页被访问时，该位由硬件自动置“,1”,。,24,3.5.3,页面分配,1.,页面分配数目,最小,最大,平均,按比例,按优先级,2.,分配置换策略,1),固定分配局部置换,(Fixed Allocation,，,Local Replacement),2),可变分配全局置换,(Variable Allocation,，,Global Replacement),3),可变分配局部置换,(Variable Allocation,，,Local Replacement),25,3.5.3,抖动,为保持,CPU,的利用率，在全局置换方式下出现的连锁反应,抖动。,局部转换方法也有局限性,26,3.5.5,工作集,工作集模型是基于局部性原理,表示为,WS,（,，,t,），参数,称为工作集的窗口。,27,3.5.6,请求分页存储管理性能分析,优点：,(1),提供了大容量的虚拟存储器，作业地址空间不再受内存容量的限制。,(2),更有效地利用了内存，一个作业的地址空间不必全部都装入内存，只装入其必要部分，其它部分根据请求装入，或者根本就不装入,(,如错误处理程序等,),。,(3),更加有利于多道程序的运行，从而提高了系统效率。,(4),虚拟存储器的使用对用户是透明的，方便了用户。,28,缺点：,(1),为处理缺页中断，增加了处理机时间的开销，即请求分页系统是用时间的代价换取空间的扩大。,(2),可能因作业地址空间过大或多道程序道数过多以及其它原因而造成系统抖动。,(3),为防止系统抖动所采取的各种措施会增加系统的复杂性。,29,