操作系統(tǒng)第3章6講虛擬存儲(chǔ)ppt課件.ppt

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1、3.6虛擬存儲(chǔ)與請(qǐng)求頁式存儲(chǔ)管理3.6.1虛擬存儲(chǔ)器的概念一個(gè)認(rèn)為有的、但實(shí)際上不存在的“大”存儲(chǔ)器，就被稱為“虛擬存儲(chǔ)器”。TIP:虛擬存儲(chǔ)器的容量由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的地址結(jié)構(gòu)決定。在虛擬存儲(chǔ)管理的系統(tǒng)里，把用戶作業(yè)的相對(duì)地址空間改稱為“虛擬地址空間”，里面的地址稱為“虛擬地址”。問題：引起下面兩個(gè)問題的原因是？（1）程序運(yùn)行時(shí)，需要的內(nèi)容不在內(nèi)存；（2）調(diào)入信息時(shí)內(nèi)存沒有未分配的存儲(chǔ)區(qū)。3.6.2請(qǐng)求分頁式存儲(chǔ)管理的基本思想作業(yè)全部進(jìn)入輔助存儲(chǔ)器，運(yùn)行時(shí)，并不把整個(gè)作業(yè)程序一起都裝入到內(nèi)存，而只裝入目前要用

2、的若干頁，其他頁仍然保存在輔助存儲(chǔ)器里。圖3-32請(qǐng)求分頁式存儲(chǔ)管理示意圖問題:一個(gè)虛擬地址結(jié)構(gòu)用24個(gè)二進(jìn)制位表示。其中12個(gè)二進(jìn)制位表示頁面尺寸。試問這種虛擬地址空間總共多少頁？每頁的尺寸是多少？3.6.3缺頁中斷的處理在請(qǐng)求分頁式存儲(chǔ)管理中，是通過頁表表目項(xiàng)中的“缺頁中斷位”來判斷所需要的頁是否在內(nèi)存的。頁號(hào)塊號(hào)缺頁中斷位輔存地址這時(shí)的頁表表項(xiàng)內(nèi)容大致如下：例題：（1）內(nèi)存容量為40KB，被劃分成10個(gè)存儲(chǔ)塊，操作系統(tǒng)程序占用第0塊。如圖（a）所示。（2）內(nèi)存第1塊為系統(tǒng)數(shù)據(jù)區(qū)，里面存放著操作系統(tǒng)運(yùn)

3、行時(shí)所需要的各種表格。請(qǐng)求分頁式存儲(chǔ)管理的圖例缺頁中斷處理過程練習(xí)題：作業(yè)在執(zhí)行中發(fā)生了缺頁中斷，那么經(jīng)過中斷處理后，應(yīng)該返回執(zhí)行（）指令。A.被中斷的前一條B.被中斷的那條C.被中斷的后一條D.程序的第一條程序運(yùn)行時(shí)的頁面走向作業(yè)運(yùn)行時(shí)，稱一個(gè)程序執(zhí)行過程中頁號(hào)的變化序列為“頁面走向”。一個(gè)作業(yè)運(yùn)行的頁面走向中涉及到的頁面總數(shù)為A，其中有F次缺頁，必須通過缺頁中斷把它們調(diào)入內(nèi)存。f為“缺頁中斷率”:f=F/A問題：產(chǎn)生缺頁的原因是什么？影響缺頁次數(shù)的因素有那些？影響缺頁中斷次數(shù)的因素有以下幾種。（1）分

4、配給作業(yè)的內(nèi)存塊數(shù)（2）頁面尺寸（3）程序的實(shí)現(xiàn)例題：要把128×128的數(shù)組元素初始化為“0”。數(shù)組中的每個(gè)元素占用一個(gè)字。假定頁面尺寸為128字，規(guī)定數(shù)組按行的順序存放，系統(tǒng)只分配給該作業(yè)2個(gè)內(nèi)存塊：一個(gè)存放程序，另一個(gè)用于數(shù)組初始化。作業(yè)開始運(yùn)行時(shí)，除程序已經(jīng)在內(nèi)存塊外，數(shù)據(jù)均未進(jìn)入。試問下面給出的兩個(gè)程序在運(yùn)行時(shí)各會(huì)發(fā)生多少次缺頁中斷？程序1：main(){inta[128][128];inti,j;for(i=0;i<128;i++)for(j=0;j<128;j++)a[i][j]=0;}程序

5、2：main(){inta[128][128];inti,j;for(j=0;j<128;j++)for(i=0;i<128;i++)a[i][j]=0;}·3.6.4頁面淘汰算法“頁面淘汰”問題:當(dāng)時(shí)內(nèi)存中已經(jīng)沒有空閑塊可供分配使用，那么就必須在內(nèi)存中選擇一頁，然后把它調(diào)出內(nèi)存，以便為即將調(diào)入的頁面讓出塊空間。1．先進(jìn)先出頁面淘汰算法先進(jìn)先出（FIFO）頁面淘汰算法其做法是進(jìn)行頁面淘汰時(shí)，總是把最早進(jìn)入內(nèi)存的頁面作為淘汰的對(duì)象。圖3-28先進(jìn)先出頁面淘汰算法的描述例題：給出某作業(yè)的頁面走向是4、3、2、

6、1、4、3、5、4、3、2、1、5。運(yùn)行時(shí)，實(shí)行FIFO淘汰算法，試就3個(gè)內(nèi)存塊和4個(gè)內(nèi)存塊的情形，求出各自的缺頁中斷率，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析。對(duì)于FIFO頁面淘汰算法，有時(shí)增加分配給作業(yè)的可用內(nèi)存塊數(shù)，它的缺頁次數(shù)反而上升，通常稱為“異常現(xiàn)象”。圖3-33FIFO的異常現(xiàn)象2．最近最久未用頁面淘汰算法最近最久未用（LRU）頁面淘汰算法是檢查這些淘汰對(duì)象的被訪問時(shí)間，總是把最長(zhǎng)時(shí)間未被訪問過的頁面淘汰出去。例題：在請(qǐng)求分頁系統(tǒng)中，假如分配給一個(gè)作業(yè)的物理塊數(shù)為3，并且此作業(yè)的頁面走向?yàn)?、2、3、4、1、2、

7、5、1、2、3、4、5。1)請(qǐng)用最近最久未用頁面淘汰算法(LRU)缺頁率。2)請(qǐng)用先進(jìn)先出頁面淘汰算法(FIFO)缺頁率。圖3-31最近最久未用（LRU）頁面淘汰算法的描述3．最近最少用頁面淘汰算法最近最少用（LFU）頁面淘汰算法是當(dāng)要進(jìn)行頁面淘汰時(shí)，總是把當(dāng)前使用得最少的頁面淘汰出去。例題：在請(qǐng)求分頁系統(tǒng)中，假如分配給一個(gè)作業(yè)的物理塊數(shù)為3，并且此作業(yè)的頁面走向?yàn)?、3、2、1、5、2、4、5、3、2、5、2、1。1）請(qǐng)用最近最少使用淘汰算法計(jì)算缺頁率。2）請(qǐng)用最近最久未用頁面淘汰算法(LRU)缺頁率。

8、4．最優(yōu)頁面淘汰算法如果已知一個(gè)作業(yè)的頁面走向，那么要進(jìn)行頁面淘汰時(shí)，應(yīng)該把以后不再使用的或在最長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)不會(huì)用到的頁面淘汰出去。這樣所引起的缺頁中斷次數(shù)肯定最小，這就是所謂的“最優(yōu)（OPT）頁面淘汰算法”。請(qǐng)求分頁式存儲(chǔ)管理的特點(diǎn)如下：（1）它具有分頁式存儲(chǔ)管理的所有特點(diǎn)。（2）解決了小內(nèi)存與大作業(yè)的矛盾。分頁式存儲(chǔ)管理的缺點(diǎn)：平均每一個(gè)作業(yè)仍要浪費(fèi)半頁大小的存儲(chǔ)塊，也就是說，請(qǐng)求分頁式存儲(chǔ)管理會(huì)產(chǎn)生內(nèi)部碎片?？偨Y(jié)練習(xí)題：1.