第6章虚拟存储管理_134289(精品)

,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,*,第,6,章,虚拟,存储管理,本章要点,虚拟存储器的引入,请求页式存储管理,请求段式存储管理,2024/11/11,6.1,虚拟存储器的引入,前面介绍的存储管理方案要求进程全部装入内存才可运行。但这会出现两种情况：,有的进程因太大，内存装不下而无法运行。,系统中进程数太多，因系统容量有限只能让少数进程先运行。,2024/11/11,1968年,P.Denning 提出,局部性原理（理论基础）：,程序在执行时将呈现出局部性规律，即在一较短的时间内，程序的执行仅局限于某个部分；相应的，它所访问的存储空间也局限于某个区域。,程序执行时，大多数情况下是顺序执行的。,过程调用会使程序的执行轨迹从一部分内存区域转至另一部分区域，但过程调用的深度不会超过5。,程序中有许多循环语句，这些语句会重复多次执行。,程序中对数据结构的操作，往往局限在很小的范围内,。,局部性原理,局部性的表现,空间局部性,程序一旦访问某存储单元，不久后会访问其附近的存储单元。,时间局部性,程序中的某条指令一旦执行，不久后会再次执行。,程序中的某个数据结构一旦被访问，不久后会再次被访问,。,虚拟存储器,进程运行时，不全部装入内存，仅将当前要运行的那部分装入内存。,当进程访问不在内存的那部分程序和数据时，再将其装入内存。,若此时内存已满，将暂时不用的部分程序和数据换出，腾出空间。,从用户的角度看，系统具有的内存容量比实际大得多，,所以称为,虚拟存储器,。,虚拟存储器的定义,虚拟存储器,是指具有请求调入功能和置换功能，能从逻辑上对内存容量进行扩充的一种存储器系统。,离散性 （实现虚拟存储器的基础）,进程不装入连续的存储空间，内存分配采用离散分配方式。,多次性,一个进程被分割，多次调入内存。,对换性,进程在运行过程中允许将部分程序和数据换进、换出内存。,虚拟性 （实现虚拟存储器的重要目标）,从逻辑上扩充了内存的容量。,虚拟存储器的特征,状态位,P：,记录该页是否在内存。,P=1,该页在内存；,P=0,该页,不,在内存。,访问字段,A：,记录该页多长时间没有被访问。,修改位,M：,记录该页在内存期间是否被修改过。,M=1,该页调入内存后被修改过,；,M=0,该页调入内存后,未,被修改过。,外存地址：,该页在外存的地址。,页表的扩充,6.2,请求页式存储管理,在页式存储管理的基础上，进程的页根据需要请求调入内存，称为,请求页式存储管理,。,缺页中断机构,缺页中断是一种特殊的中断。主要表现在：,在指令执行期间产生和处理中断信号。,一条指令执行期间，可能产生多次缺页中断。,缺页中断,：,当要访问的页不在内存，产生一个缺页中断，请求操作系统将所缺的页调入内存。,地址变换机构,在页式存储管理基础上增加的功能：,产生和处理缺页中断,从内存换出一页,从外存调入一页,请求页式存储管理驻留集管理,驻留集管理包括以下内容：,分配给进程的物理块数,分配策略,固定的？还是可变的？,置换策略,局部置换？还是全局置换？,驻留集,：在某段时间间隔内，进程要访问的页面集合。,每个进程分配的物理块越少，则内存中进程数越多。,为每个进程分配的物理块数目的减少，则缺页率提高，降低进程的执行速度。,每个进程分配的物理块达一定数量后，再增加分配，缺页率不会有明显改善。,分配给进程的物理块数,为每个进程分配多少物理块?,驻留集管理,(,分配策略和换出策略,),固定分配、局部置换,为每个进程分配固定页数的内存空间、且运行过程中不变。,当进程缺页时，只能从该进程在内存的几个页面中选出一页换出，然后再调入一页，保证进程的页数不变。,可变分配、全局置换,系统开始先为每个进程分配一定数目的物理块。整个系统有一空闲块队列，当某进程缺页时，系统从空闲块队列中选出一块分配给进程。,空闲块队列空时，从所有进程的页面中权衡选择一页换出。,可变分配、局部置换,进程缺页时，只能从该进程在内存的页面中选出一页换出。,若某进程频繁缺页，则再为其分配一些物理块。反之，若某进程缺页率特别低，则减少分配给它的物理块数,请求页式存储管理的调入策略,何时调入页面,请调：发生缺页时，调入内存。,预调：预计要访问的页，提前调入内存。,从何处调入,把外存分成两部分：,文件区,和,对换区,进程的所有页面都放在,对换区,。,只将修改过的页面放在,对换区,，未改的放在,文件区,。,首次从,文件区,调入，换出时放在,对换区,，以后从,对换区,调入。,请求页式存储管理的页面置换算法,最佳置换算法,OPT,先进先出置换算法,FIFO,最近最久未使用置换算法,LRU,时钟置换算法,目标：把,未来不再使用,的或,短时间内不再使用,的页调出。,最佳置换算法,OPT,进程访问总页面数为,20,结果：缺页9次，页面换出6次。缺页率,45,。,页面走向,思想,置换那些不再使用，或最长时间不使用的页。,先进先出页面置换算法,FIFO,进程访问总页面数为,20,OPT,与,FIFO,的比较结果：,OPT,：缺页9次，页面换出6次。缺页率,45,FIFO,：缺页15次，页面换出12次。缺页率,75,OPT,页面走向,FIFO,页面走向,思想新进入内存的页被先置换出去。,最近最久未使用,LRU,页面置换算法,OPT,页面走向,LRU,页面走向,思想用“过去”的行为预测将来，置换“最近最久未使用”的页。,进程访问总页面数为,20,OPT,与,LRU,的比较结果：,OPT,：缺页9次，页面换出6次。缺页率,45,LRU,：缺页,12,次，页面换出,9,次。缺页率,60,时钟页面置换算法,CLOCK,LRU,性能较好，但实现困难！,因此可用时钟（,CLOCK,）置换算法。,为每页设一访问位，再将内存中的所有页面链接成一个循环队列。,当某页被访问时，其访问位置1。,置换算法在选择一页淘汰时，只需检查其访问位。,如果是0，就选择该页换出；,如果是1，则重新将其置为0，暂不换出。,CLOCK,页面置换算法,除了考虑页面的使用情况外，还要考虑该页是否,被修改,过。,由,访问位,A,和,修改位,M,组合成下面四种情况的组合：,A=0，M=0,该页既未被访问过、又未被修改过，是最佳淘汰页。,A=0，M=1,该页最近未被访问、但已被修改，可以被淘汰。,A=1，M=0,最近已被访问，但未被修改，该页有可能再被访问。,A=1，M=1,最近已被访问且被修改，该页可能再被访问。,CLOCK,算法执行过程,从当前位置扫描循环队列，寻找,类页面。,若步骤失败，开始第二轮扫描，寻找,类页面淘汰。并将所经过的页面的访问位置0。,若步骤也失败，重复步骤1，若仍失败，再重复步骤,2,。,请求页式存储管理系统的性能,正确选择驻留集窗口大小：,窗口大小,选择得过小，频繁产生缺页中断。,窗口大小,选择得很大，失去了虚拟存储器的意义。,驻留集,：,即在某段时间间隔内，进程实际要访问的页面的集合。,缺页率与物理块数的关系,为进程分配的物理块数应该取该曲线的拐点附近或稍大些。,CPU,的利用率与多道程序数的关系,抖动的产生,并不是“多道程序的度越高，系统吞吐量越大。,”,当,CPU,的利用率达到某一峰值后，若继续增加多道程度，将产生,抖动,。,抖动预防方法,加载控制,L=S,准则,（产生缺页的平均时间,L,等于系统处理缺页的平均时间,S）,采用局部置换,挂起若干进程,抖动：,进程的大部分时间都用于页面的换进,/,换出，而几乎不能完成任何有效工作,P148/,4,6,7,8,作业,