操作系统Chapter(存储管理).pptVIP

存储管理 第 3 章 存储管理 每个程序员都梦想的内存： 容量无限大 速度无限快 永久性 分层存储器体系 快速、昂贵且易失性的高速缓存（ cache ） 速度和价格都适中，且同样易失的内存（main memory） 低速、廉价、非易失性的磁盘存储（disk storage ） 操作系统中管理分层存储器体系的部分称为存储管理器 无存储器抽象 内存组织的三种简单方法 - 在只有操作系统和一个用户进程的情形下 在不使用内存抽象的情况下运行多道程序 保护键技术 静态重定位技术 一种存储器抽象：地址空间 保护和重定位 内存抽象：地址空间 是一个进程可用于寻址内存的一套地址集合 基址寄存器与界限寄存器（动态重定位） 易提供私有地址空间 需要频繁的进行加法和比较运算 交换技术（1） 处理内存超载的两种方法： 交换技术 虚拟内存 交换技术 (2) 内存分配情况随着 进程进入内存 进程离开内存 阴影区域表示未使用的内存 Swapping (3) 为可能增长的数据段预留空间 为可能增长的数据段和堆栈段预留空间 空闲内存管理－使用位图的存储管理 一段有5个进程和3个空闲区的内存 刻度表示内存分配的单元 阴影区域表示空闲 对应的位图 用空闲链表表示的同样的信息 使用链表的存储管理 结束进程X时与相邻区域的四种组合 内存分配算法 首次适配算法（First fit） 下次适配算法（Next fit） 最佳适配算法（Best fit） 最差适配算法（Worst fit） 快速适配算法（Quick fit） 虚拟内存分页 (1) 内存管理单元MMU得位置和功能 分页 (2) 页表给出虚拟地址与物理地址之间的映射关系 分页 (3) 在16个4KB页面情况下MMU的内部操作 页表 (1) 一个典型的页表项 加速分页过程TLB – 转换检测缓冲区 TLB加速分页 针对大内存的页表 —多级页表 一个有两个页表域的32位地址 二级页表 针对大内存的页表—倒排页表 传统页表与倒排页表的对比 页面置换算法 页面发生缺页中断时： 必须选择一个页面换出 为即将调入内存的页面腾出空间 已修改的页面必须首先保存 未修改的页面只需要覆盖即可 不要选择频繁使用的页面置换出内存 很可能很短时间内又要被调入内存 最优页面置换算法（OPT） 置换未来不再需要或最远的将来才会使用的页面 最优但是不可实现 可作为其他置换算法性能的评价标准 在运行的进程之前标记页面的使用情况 虽然这是不可能实现的 最近未使用页面置换算法（NRU） 每个页面都设置一个访问位和修改位 当页面被访问或修改时即设置访问位或修改位 页面被分类成： 未被访问, 未被修改 未被访问, 已被修改 已被访问, 未被修改 已被访问, 已被修改 NRU 算法随机的选择页面淘汰之 从类编号最小的非空类中挑选一个页面 先进先出页面置换算法（FIFO） OS维护一个所有当前在内存中的页面的链表 按照页面进入内存的顺序组织 在表头的最久进入页面被置换出内存 缺点 在内存中最久的页面常常可能就是频繁使用的 第二次机会页面置换算法（SCR） 第二次机会算法的操作 按先进先出的方法排列的页面 在时间20发生缺页中断并且A的R位已经设置时的页面链表 时钟页面置换算法（Clock） 最近最少使用页面置换算法 (LRU) 假设最近使用的页面很快又被使用 置换很长时间没被使用的页面 需要在内存中维护一个所有页面的链表 最近最多使用的页面在表头，最近最少使用的页面在表尾 每次访问内存时都必须要更新整个链表 !! 另外一种做法就是在每个页表项中设置一个计数器 选择计数器值最小的页面置换出去 周期性的清零计数器 使用矩阵的LRU– 页面访问次序 0,1,2,3,2,1,0,3,2,3 用软件模拟LRU的老化算法 图中所示是6个页面在5个时钟滴答的情况,5个时钟滴答分别是 (a) – (e) 工作集页面置换算法(1) 工作集是最近k次内存访问所访问过的页面的集合 函数w(k,t)是在时刻 t时工作集的大小 工作集页面置换算法(2) 工作集算法 工作集时钟页面置换算法 工作集时钟页面置换算法的操作 页面置换算法小结 分页系统中的设计问题局部分配策略与全局分配策略 (1) 初始配置 局部页面置换 全局页面置换 局部分配策略和全局分配策略(2) 缺页中断率是分配的页框数的函数 负载控制 即使是最好的设计, 系统也可能会发生颠簸 正如PFF算法指出的 一些进程需要更多的内存 但是没有进程需要更少的内存 解决方法 :（交换技术） 减少竞争内存的进程数 将一部分进程交换到磁盘，并释放他们所占的所有页面 重新考虑多道程序设计的道数 页面大小 (1) 小页面 优势 更少的内部碎片 更加灵活适合各种程序结