存储器管理3.ppt

1、存 储 器 管 理,虚拟存储器部分(三),上,下,关闭,音乐欣赏,课前复习,上,下,关闭,音乐欣赏,本讲义要点,Belady现象,抖动现象,工作集,上,下,关闭,音乐欣赏,Belady现象,一.概念引入 一般来讲，对于任何一个程序或进程，如果在内存中给它分配的“页框”数越多，那么，系统发生缺页的次数就应该越少。这个推论在极限情况下是成立的。因为如果给一个进程分配了它所要求的全部页框，那么系统就不会发生缺页现象。但是在使用FIFO置换算法时，在未给进程或程序分配足它所要求的全部页框时，有时会出现分配的页框（物理页面）数越多，系统缺页次数反而增加的奇怪现象。我们称之为Belady现象。,二.举例说

2、明 设一个进程一共有8页,且已经在内存中分配了3个页框(物理页面),程序访问内存的顺序(访问串)为7-0-1-2-0-3-0-4-2-3-0-3-2-1-2-0-1。请用FIFO算法作出其置换图。,分配三个页框时的情况（缺页次数=12）,上,下,关闭,音乐欣赏,0,0,0,1,1,1,1,4,4,4,4,0,0,0,0,2,3,3,3,3,7,7,7,7,1,0,2,1,2,3,0,3,2,4,0,3,0,2,1,0,7,为该进程分配4个页框（物理页面）时的置换情况如下：,1,1,2,2,2,2,分配四个页框时的情况（缺页次数=9）,*：这是一个在正常情况下的例子随着页框数的增加，其缺页次数也

3、降低了。下面我们介绍一个异常情况时的例子。,Belady现象举例,上,下,关闭,音乐欣赏,设一个进程一共有5页, 程序访问内存的顺序(访问串)为1-2-3-4-1-2-5-1-2-3-4-5。其拥有3个页框和4个页框且用FIFO算法置换时的置换情况分别如下：,分配三个页框时的情况（缺页次数=9）,分配四个页框时的情况（缺页次数=10）,为什么,上,下,关闭,音乐欣赏,FIFO置换算法产生 Belady现象的原因是在于它根本没有考虑程序执行时的动态特征。,上,下,关闭,音乐欣赏,工作集,缺页率与进程所分得的页框数存在密切关系。如下图所示：该图给出了缺页率与进程分得页框数 n 之间的关系曲线。由图

4、可知，缺页率随着页框数的减少而单调递增，并在所分到的页框数较少处出现一个拐点。在拐点下限以左时，每增加一个页框后都可以明显的减少缺页率；而过了拐点，在下限以右时，每增加一个页框后，对缺页率的改善不明显。通常，为进程分配的内存中的页框数应取在该曲线的拐点左右，如果内存空间较充足，所取的页框数目还可以略大些。,缺 页 率,0,上限,下限,页框数 n,拐 点,为什么,上,下,关闭,音乐欣赏,之所以存在这样的曲线，是因为缺页率的大小与进程运行时的所谓工作集有关。这是因为，程序在运行时对页的访问是不均匀的，即是在某段时间内的访问仅仅局限于有限的若干个页。如果能够预知程序在某段时间内要访问哪些页，并把它们

5、提前调入内存，将会大大的提高内存的命中率，减小缺页率，从而减少置换工作，提高CPU的利用率。,哪什么又叫“工作集”呢？,上,下,关闭,音乐欣赏,所谓“工作集”是指， 在某段时间间隔内， 进程实际要访问的页 面的集合。,上,下,关闭,音乐欣赏,虽然程序只需要少量的几页在内存中就可以运行，但是为了使程序能有效的运行，较少地产生缺页，就必须把程序的工作集全部放在内存中。然而，我们无法预知程序在不同的时刻将访问哪些页面，因而只能利用程序过去某段时间内的行为，作为程序在将来某段时间内的近似。,某进程在时间 t 的工作集表示为 W(t, )，其中称为工作集“窗口尺寸”。 正确的选择工作集窗口的大小，对存储

6、器 的有效利用和系统吞吐量的提高，都将产生重要的影响。 如果选择过大以致能将一个进程的所有页都装入内存， 这样虽不会产生缺页，但存储器的利用将不充分，从而失去虚拟存 储器的意义。但是，如果选择的过小，为此就不能将进程所需的 工作集全部装入内存，而将导致系统频繁的发生缺页中断，因而 反倒降低了系统的吞吐量。所以工作集应选择适中。,上,下,关闭,音乐欣赏,抖动现象,一.概念引入 在进行页面置换的时候，当一页或多页被频繁的换进和换出时，使进程的绝大部分的时间都用在这些无谓的换进/换出工作上，而系统几乎不能完成任何有效的工作。这种现象被称着“抖动”现象，此时的进程处于抖动状态。,二.抖动的预防 为了保

7、证系统可靠和提高其吞吐量，就必须防止发生抖动。其方法很多，但都是通过调节多道程序度来实现的。 1.采取足部置换策略 当某进程发现缺页后,仅在自己的内存空间范围内置换页面,同时又不允许其它进程获得新的页框。这样，即使有某个进程发生“抖动”，也不会导致其它进程发生抖动，从而使抖动局限于一个较小的范围内。,上,下,关闭,音乐欣赏,3.L=S准则 当进程产生缺页的平均时间（L）=系统处理进程缺页的平均时间（S）时，此时CPU的利用率最好。 4.挂起若干进程 当多道程序度偏高是时，为了防止发生“抖动”，可以将一些进程挂起，以便释放出内存空间来满足将要发生抖动的进程。被挂起的进程有以下三种情况： （1）通常都是优先权最低或较低的； （2）当内存非常拥挤时，也可以挂起一个并不很重要但容量却很大的进程，以便一次性释放较大的内存空间； （3）将具有最多剩余执行时间的进程挂起。,上,下,关闭,音乐欣赏,2.在CPU调度程序中引入工作集算法 调度程序从外存上调入一个新作业到内存，来提高多道程序度，从而改善CPU的利用率。在引入工作集算法后，调