《操作系统》课件〔五〕页式存储管理.ppt

第四章 存储管理 页式存储管理 页式虚拟存储技术 段式存储管理 分区存储管理的缺点 “碎片”问题 原因：作业要求连续的存储空间。 解决办法：允许作业占据不连续的空间。 基本原理 “等分”内存。 把内存划分为大小相同的“块”。 把用户作业空间划分为大小相同的“页”。 页和块的大小相同。 在把作业加载到内存时，页和页之间不再连续。 但页内连续。 也不必把所有的页都一次性加载内存，只需要加载那些马上要用到的页。其余的页在需要时再加载。 地址变换 逻辑地址：页号+页内地址 如何转变为内存物理地址？ 考虑：物理地址=块号*块长度+块内地址 块长度一定，块内地地址与页内地址相同。 问题变为：如何根据页号得到块号？ 页表： 地址变换过程 1、根据页号查页表，得到块号。 2、根据块号和页内地址计算物理地址。 3、例题： 页表的实现—快表 从上述地址变换过程可以看出：CPU每取一条指令或数据，都必须经过页表。 因此，页表的每一个表项都是一个动态重定位机构。 如何实现页表，将影响系统的效率。 方式： 硬件实现：用寄存器组。但代价太高，特别是内存很大时，是不可能的。 软件实现：将页表放在内存中。每取一条指令，要两次访问内存。 快 表 软硬件结合：将页表中使用最频繁的表项（页表的的一个子集）放在cache中。称为“快表”。 cache也称为“联想寄存器”，它不是根据地址而是根据所存信息的全部特征或部分特征进行存取。在这里为页号。 若要访问的页在cache中，则只需一次访问内存。若不在，则到内存中去找，同时把新的页表表项写入cache。 内 存 分 配 用户需求：需要多少块？ 内存空闲块的管理：位示图。 位示图：在内存中划出一片区域，用一位代表一个块，该位的值表示所代表的块的状态： 0：空闲；1：已分配。 内存分配 块号与字号、字长的关系：系统的字长一定，内存块从0开始编号，则有： 块号=字号*字长+位号 字号=[块号/字长] （取整的意思） 位号=块号 MOD 字长 页式系统的内存保护和共享 保护：在页表上添加一个保护位。在做地址变换时，检查对页面的访问是否合法。 共享：根据地址转换过程可知：如果在不同用户的页表中填上相同的页表表项（块号），就能够访问相同的内存空间。 页式虚拟存储技术 虚拟存储器：内存扩充技术，为用户提供一个比实际内存大得多的内存空间。 实现虚拟的三个三个条件； 程序中的哪些页已经加载内存。 当要访问的页不在内存时，如何将其掉如内存？ 若此时内存空间已满，如何选择换出的页？ 页式虚拟的基本原理：加载作业时，只加载那些最活跃的页，其余的页需要时再加载。“请求调页技术”和“预调页技术”。 一、如何知道哪些已在内存 在页表中添加一个标志位（中断位），标志该页是否已在内存： 0：不在 1：在内存 块号 保护位 标志位 当要访问的页不在内存时 发生“缺页中断”。 缺页中断的处理过程： 保存现场 在内存中找到一个空闲块。 从磁盘上找到要调入的页。 读磁盘到内存。 恢复现场。 重新调度运行。 在调入内存时，若内存已满 进行“页面替换”：从内存中选择一个页调出内存，为新调入的页让出空间。 如果替换的不合适，则发生“抖动”或“颠簸”现象：页在内外存之间频繁地调入调出，系统开销很大。 页面替换算法： 先进先出法（FIFO）：将最先调入内存的页调出内存。 最近最少使用算法（LRU：least recently used）。将最近一段时间内没有用过的页调出内存。 页面替换算法 最近最少使用算法（LFU）：最近一段时间内使用次数最少的页调出内存。 为每一个在内存的页设置一个计数器，选择计数器中的值最小的调出。 最优算法（OPT）：把将来一段时间内被使用的可能性最小的页调出内存。 利用预测方法先来预测将来的使用情况。 注意：LRU、LFU之间的区别。 工作集模型 虚拟存储技术的理论基础。 局部性原理：进程往往会不均匀地高度局部化地访问内存。 时间局部性：刚刚被访问的页，很可能在不久的将来还要访问。例如：循环；子程序；栈；用户记数和总计的变量等。 空间局部性：某个页面被访问，很可能它相临的页也要被访问。例如：数组遍历；代码程序的执行；等等。 工作集：进程活跃地访问的页面的集合。 工作集模型（续） 工作集存储管理策略力求把活跃程序的工作集保存在内存中。 从上图可以看出：仅当一个进程的全部工作集都在内存时才能运行该作业。 页式存储管理的缺陷 从理论上讲，不同用户共享程序段或数据很简单，只需在不同用户的页