第7章虚拟存储器课件.ppt

段表和页表 ? 段表和页表表项分别类似虚拟段式、虚拟页式 – 段表表项中的段起始地址是该段的页表起始地址 – Present 位和 Modified 位只在页表表项 – 保护和共享位通常在段表表项 32 段页式中的逻辑地址 ? 程序中的逻辑地址包含三个部分： ( 段号 , 页号 , 页内偏移 ) ? 逻辑地址 ( n,p,d ) 中，程序员可见的是段 号 n 以及由 p 和 d 构成的段内偏移，页 号 p 及页内偏移 d 对程序员透明（假设 页大小是 2 的 m 次幂） ? 地址转换：综合分页和分段 33 虚拟段页式存储的地址转换 Seg # Page # Offset Frame # Offset Seg Table Ptr Segment Table Page Table P# + Offset + S # Page Frame Program Segmentation Paging Main Memory 34 共享和保护 共享 – 不同进程间可以共享代码段和数据段 – 实现：段表表项记录相同的段起始地址 保护 – 越界保护 – 访问方式保护（如读写保护） – 环保护 35 ? ? 共享 保护 和 36 OS 的虚拟存储管理软件 ? 是否支持虚存、是否支持页式 / 段式 / 段页 式取决于硬件平台 ? 纯段式系统越来越少，段通常被分页＝》 虚拟存储管理的问题主要就是虚拟页式 存储管理的问题 ? 虚拟存储管理软件的目标： 使缺页率最 小！ 37 读取策略 ? 决定何时将页面载入内存 ? 两种常用策略： – 请求式分页：只通过响应缺页中断调入需要的页 面，也只调入发生缺页时所需的页面 ? 进程开始运行时会有许多缺页，对外存 I/O 次数多，开 销较大（一次 I/O 操作包括旋转等待时间和读写时间） – 预约式分页：在发生缺页需要调入某页时，一次 调入该页以及相邻的几个页 ? 提高调页的 I/O 效率 ? 效率不能保证：额外装入的页面可能没用 38 放置策略 ? 决定进程各部分驻留在内存的哪个位置 ? 对纯段式系统重要（涉及外碎片、压缩 操作等） – 最佳适配、首先适配 …… ? 对纯页式或段页式系统一般不成问题 – 放哪里地址转换、内存存取等都一样工作 – 但在 NUMA(NonUniform Memory Access) 多处理器系统中是需要考虑的 39 替换策略 ? 需要调入页面而内存已满时，决定替换 （淘汰）内存中的哪个页面 ? 常要进行替换（为提高并发程度， OS 总 是载入尽量多的进程） ? 大多数策略都是基于过去的行为来预测将 来的行为，替换最近最不可能访问的页面 40 替换策略 ? 不是所有内存中的页面都可以被替换： – 有些帧给锁定了： OS 内核、关键控制结构、 I/O 缓冲区等 – 驻留集策略决定了不同的替换范围：被替换 的页面局限在本进程，或允许在其他进程 41 最优算法（ OPT ） 淘汰“未来不再使用”或“还要最长时 间才会使用”的那个页面 最佳，但不可能实现（实际执行中无法 预知） 可用作其他算法的性能评价依据 42 ? ? ? 最近最少使用算法（ LRU ） ? 淘汰内存中最久未使用的页面 ? 性能接近最佳算法 ( 局部性原理的合理近似 ) ? 例：一个进程有 5 个页面， OS 规定每个进程 最多占有 3 个帧 43 最近最少使用算法（ LRU ） ? 需要记录页面使用时间的先后关系， 实现开销太大 – 链表 ：每次内存访问后在链表中找到对应的页 面，把它移到表头，因此表尾的就是最久未使 用的 – 硬件计数器 ：每执行一条指令计数器就加 1 ； 每次内存访问后将当前计数器的值写到相应的 页表表项里，计数器值最小的就是最久未使用 的 44 先进先出算法（ FIFO ） ? 淘汰内存中最“老”（建立最早）的页面 ? 实现简单 – 可通过链表来表示各页的建立时间先后，新 来的到表尾，表头就是最“老”的 ? 性能较差 – 较早调入的页往往是经常被访问的页，这些 页在 FIFO 算法下被反复调入和调出 – 有 Belady 现象 45 FIFO 算法与 LRU 算法比较 – LRU 能识别出 2 和 5 是最常用的页面，而 FIFO 不行 46 FIFO 算法与 Belady 现象 ? 采用 它所要求的全部页面，有时就会出现分配 FIFO 算法时，如果对一个进程未分配 的页面数增多，缺页率反而提高的 异常现象 Belady 47 第二次机会算法 ? 淘汰不但“ 老 ”而（最近）“ 没用 ”的页面 ? 原理： – 用链表来表示各页的建立时间先后，新来的到表 尾，表头就是最“老”的（同 FIFO ） – 选择淘汰页面时，若表头页面的 R 位 ( 访问位 ) 是 0 ， 则淘汰之；否则将其 R