第3讲现在的操作系统怎么管理内存.ppt

第3单元主存管理,第3节分页存储管理,什么是页分页管理方案举例,物理内存划分成大小相等的页框，内存的分配以页框为单位,程序被分割为大小相等的页，放到页框里,页表,页框/页,页框是硬性划分，逻辑地址空间怎么分页,保留段，段中分页（段页式）将二维的段地址变为一维的地址后再分页（页式）,这时，需要段表和页表,段页,保留段，段中分页（段页式）将二维的段地址变为一维的地址后再分页（页式）,段、页同时存在：段面向用户/页面向硬件,cs:ip,逻辑地址,第3单元主存管理,第3节分页存储管理,什么是页分页管理方案举例,分页管理方案要解决的问题,地址映射多级页表/快表虚存,分页重定位,mov0 x2240,%eax,物理地址:0 x3240,PCB中应有此值,分页管理方案要解决的问题,地址映射多级页表/快表虚存,页目录/页表,页面尺寸通常为4K，4G的虚地址空间，有220个页面,页表需要220行，一个页框放不下？,多级页表好处：页目录+页表,页目录常驻内存，不需要映射的逻辑地址不需要在内存中建立页表项,页表,多级页表地址映射,Offset,多级页表会造成访存次数的增加！,多级页表都存放在内存？,页目录,页表,会增加访问内存的次数！,把近期要用的页表项放CPU里面！,TLB(TranslationLookasideBuffer),基于快表的地址映射,要想真正实现“只访存1次”，TLB的命中率应该很高,TLB越大越好，但TLB很贵，通常只有64,1024,分页管理的特征：,内存分为等长页面(frame)：又叫物理页、帧、页框架程序分为等长页(page)，又叫逻辑页，页与页框架等长页的分配与释放使用的数据结构一般为位示图地址映射只能采用动态重定位分页方案有利于交换，是提供虚存的较好方案，并且没得外部碎片，但是有内部碎片。,分页管理方案要解决的问题,地址映射多级页表/快表虚存,提供虚存的分页请求调页,当需要某页，才调入内存当内存不够时，按某种策略选择页换出,请求调页要解决的问题,磁盘上要有交换空间页表要有表明页是否在内存的标识，还要有换出换入的参考数据当需要的某页不在内存，会发生缺页中断，中断处理程序负责将缺的页放入内存,磁盘,swap区,文件区,交换（swap)区,首次调入内存的页来源于文件区准备换出的页，如果修改过，应放入交换区再次调入内存的页，如果没修改过，来源于文件区，若修改过，来源于交换区,请求调页要解决的问题,磁盘上要有交换空间页表要有表明页是否在内存的标识，还要有换出换入的参考数据当需要的某页不在内存，会发生缺页中断，中断处理程序负责将缺的页放入内存,请求分页的页表变大了！,是不是在内存？,不在内存，在哪？,是否被访问过？,是否被修改过？,请求调页要解决的问题,磁盘上要有交换空间页表要有表明页是否在内存的标识，还要有换出换入的参考数据当需要的某页不在内存，会发生缺页中断，中断处理程序负责将缺的页放入内存,缺页中断处理,关于缺页：,在进行重定位之前要先判断该页是否在内存（中断位/有效位）缺页中断和普通中断的区别：中断发生在一条指令的执行过程中，中断返回后要重新执行该指令发生缺页中断后进程的状态会改变，从运行状态变为等待状态缺页中断可能需要2次访问磁盘，先将淘汰出去的页写入磁盘，再从磁盘读入需要的页淘汰算法,淘汰算法很重要,全局淘汰还是局部淘汰？选择哪页淘汰？,OPT（OPTimalreplacement），淘汰未来不用或者很久才会用的,置换算法,FIFO，先换入的先换出,LRU（LeastRecentlyUsed），最近最少使用的淘汰出去,LRU近似算法！,LRU近似实现：将时间计数变为是和否,每个页加一个引用位(referencebit),每次访问一页时，硬件自动设置该位为1,选择淘汰页：扫描该位，是1时清0，并继续扫描；是0时淘汰该页,组织成循环队列较合适！,这一实现方法称为ClockAlgorithm,R=0,R=0,R=0,淘汰,Clock算法的分析与改造,如果缺页很少，会?,所有的R=1,指针绕一圈后淘汰当前页，,退化为FIFO!,原因:记录了太长的历史信息怎么办?,定时清除R位,再来一个扫描指针!,用来清除R位，移动速度要快!,用来选择淘汰页，移动速度慢!,更像Clock吧!,磁盘,页表,物理内存,loadaddr,缺页中断处理,缺页,重新执行,swap分区,换出,换入,总结:请求分页过程,请求分页的各种策略,主存分配策略分页放置策略空闲（位示图）调入策略请调（缺页时调入）淘汰策略时钟算法,第3单元主存管理,第3节分页存储管理,什么是页分页管理方案举例,例题,模拟试题1的第三大题的第2小题、第五大题6-216-14,请求分页系统中，某进程页表如下，页面大小4kB，一次访问存储器的时间为100ns，一次快表的访问时间是10ns，处理一次缺页的时间是108ns(含更新TLB和页表的时间)，进程的驻留集大小固定为2，采用最近最少使用算法（LRU）和局部淘汰策略。假设：1、TLB初始为空；2地址转换先访问TLB,TLB不命中，再访问页表（忽略访问页表后更新TLB的时间）3有效位为0表示页不在内存，产生缺页中断，中断处理完后返回产生缺页中断的指令重新执行，设有虚地址访问序列：2362H、1565H、25A5H,请问,1、依次访问上