第5章 存储管理.ppt

1、2.3 页式存储管理 引入目的将作业化整为零装入主并，减少碎片，避免 内存紧缩。 基本原理 将主存空间按大小一定的块划分，称为物理 块或页框，按同样尺寸将作业（程序）的地址空间划分，称 为逻辑页或虚页，其不足一页的部分补齐为一页;作业（程序） 加载按页为单位，可零散放入不连续的页框中，通过页表施 加管理。,页号,页表,作业地址空间,0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27,28,29,30,31,主存,相关数据结构 1）进程页表用于描述相应进程占用页框及其逻辑排 列顺序，在作业（程序）装入

2、主存时建立。 2）物理页面表描述整个系统物理内存的使用情况。 3）请求表描述整个系统各进程页表的位置及大小。,地址变换借助特定寄存器，分割进程访问的逻辑地址， 非法逻辑页号则越界，经合法性检查最终形成实际地址。,始址,页表长度,P,W,B,W,页表寄存器,作业i页表,逻辑地址,+,快表将页表装入CPU内部的相联存储器并实现按内容 查找，相联存储器的访问速度比主存快得多。 2.4 页式虚拟存储-请求式分页存储管理 基本思想基于局部性原理，页面管理按需调入调出。 三个问题 1）确定所需页面的位置 2）缺页调入 3）页面淘汰转换,数据结构页描述扩充情况 1）状态位（存在位） 2）修改位 3）外存地址

3、 4）访问位 缺页中断查页表时当状态位指示该页不在主存时发生 缺页中断，由相应处理程序负责调入该页，并重新执行被缺 页打断的指令。 置换策略与算法 1）固定分配局部置换 2）可变分配全局置换 3）可变分配局部置换,抖动(颠簸)现象 指刚被换出或淘汰出去的页面不久又 被调入主存的现象。 页面走向(页地址流) 一个程序在其运行过程中所访问 的页面号的序列，记作Z。 页面失效(或缺页故障) 指欲访问的页面不在主存的情 况。 页面失效率缺页故障次数占全部访问页面数的百分比， 记作f。,常用算法有（以固定分配局部置换为例） 1）最佳淘汰算法OPT 2）先进先出算法FIFO 3) 最近最久未用算法LRU

4、示例系统分给程序的页框数m=3，z=（2，3，2，1，5，2， 4，5，3，2，5，2），按三种算法求页面失效率f.,性能评价 1）排除主存容量限制，较小可用内存执行较大程序并 容纳更多作业，提高效率。 2）缺页处理增加系统负担，降低效率。 减少缺页次数的分析 1）提高程序质量 2）控制页面大小 3）分配适当页面数 4）置换策略和算法,页面共享 1）页面共享的原则和两个问题 2）具体实现技术 *建立一个链表，链接相应页表目 *锁机制 *公共页表 分页不利于共享 页面保护 扩充页表功能 保护性中断,2.5 段式存储管理 引入的原因 1)页式机械分割,不利于共享、保护 2)不利于结构化设计,主程序

5、段M,子程序段X,子程序段Y,数组A,工作区段B,0,K,0,E,P,0,F,L,0,116,N,0,S,基本原理 类似于多重分区，设置段表记录各段的起始 位置及段长。 数据结构 1）进程段表 描述作业进程地址空间各段在主存的情况。 2）系统段表 系统所有占有段情况。 3）空闲段表 系统所有空闲段情况。 地址转换 借助特定寄存器，类似于分页。,与页式比较 1）页是信息的物理单位;段是信息的逻辑单位。 2）页尺寸固定，段尺寸不固定。 3）页式地址空间是一维的，段式地址空间是二维的。,2.6 段式虚拟存储管理 基本思想类似于页式虚拟 问题及管理 1）段表项的扩充增加的内容有存在位、修改位、扩充 位

6、、存取权限、外存地址及访问统计。 2）有关流程（见图）,形成有效地址S段B单元,S段在主存,BS段长,权限合法,S段可扩充,末端相邻空白区=B,存在长度=S的空白区,空白区长度=S长,形成实际地址,执行指令,越界处理,缺段处理,紧缩或调出若干分段,调出若干分段,紧缩,装入S段,调整段表,退出中断,保护中断,越界中断,缺段中断,非法存取,地址错,取下一条指令,Y,Y,Y,Y,Y,Y,Y,N,N,N,N,N,N,N,段的动态链接 程序运行过程中根据需要对用到的子程序 段和数据随时进行装配，称为动态链接。 （在程序运行前完 成的链接装配称为静态链接。） 间接地址指示单元内容称为间接字。动态链接采用间

7、接 字并设立障碍位，为1表示要连接并发出链接中断，由系统处 理;为0表示不要链接。,LOAD,100,直接编址,800,LOAD*,100,间接编址,800,100,100,1000,800,. LOAD 1,XY .,0,1,2,3,4,. LOAD* 1,3|100 .,1 3|108,.,“XY”,.,段号3分段(汇编前),(汇编后),(连接前),60,100,108,段表,0,1,2,3,4,. LOAD* 1,3|100 .,0 4|120,.,“XY”,.,段号3,60,100,108,段表,. Y： 01557 .,段号4,120,段的共享 设置共享段表 段的调用、 段的调出和移

8、动 直接指向 段的保护 作业隔离 存取控制 保护键,2.7 段页式存储管理 基本思想 用分段管理虚拟存储器，用分页管理主存。 实现原理 *地址空间的地址结构 *硬件机制和数据结构 *地址变换过程 *访问效率 管理算法（略）,用户的逻辑地址,（段号，页号，页内偏移量）,比较段表大小,提取相应段描述子,存取控制检验,存在标志检验,页面处理,越界中断,越界,有效,存在,缺段中断,保护中断,第五章 存储管理（作业） 1、在一个虚拟存储器中，TA1=10-7s,TA2=10-2s。为使访问 效率达到其最大值的80%以上，命中率至少应达到多少？ 2、某虚拟存储器中，TA1=10-6s，TA2=10-3s，

9、实测平均访问 时间为10-4S，若将其性能提高到10-5S，请提出两种可行的办法。 3、什么是重定位？可分为哪两种方式？如何实现？ 4、什么是虚拟存储器？其容量由什么决定？大小手谁的影响？ 5、某系统主存容量为1024k（字节），有8个作业同时到达， 个作业存储需求量和运行时间如下：,作业编号 主存需求(k) 运行时间(s) 1 140 3 2 80 1 3 100 3 4 60 2 5 50 1 6 30 3 7 15 2 8 20 3 假设系统初始时将主存1024k按作业编号分给各道作业并 假定多cpu下，分到主存的作业可立即运行。,试问： a) 1秒后，主存空白区按首次适应和最佳适应的链

10、接方式？ b) 2秒后，主存空白区按首次适应和最佳适应的链接方式？ c)此时有一个作业q要求进入主存，需求量为12k，按上述两 种算法，将哪一块空白区分给它？ 6、某程序逻辑地址100处有一条指令LOAD 1,500,而500单元 存放数据51888，假设程序被分配内存起始地址为5000单元。 图示下述各方式的该指令及数据地址的物理地址，相应的地 址变换过程：,a)静态重定位 b)重定位寄存器实现动态重定位 c)页面映象方式，页面大小100单元，其页表各页映射到50， 51，.，59物理页上。 7、什么是存储器的内零头、外零头、表零头？ 8、设某地址空间有8个页，页面大小为1024个字，映射到

11、32 块物理页面上。问： a)逻辑地址要多少位表示？ b)物理地址要多少位表示？,9、某请求页式系统，主存容量512k，虚存容量2048k，页面 大小为2k。问： a)主存物理地址应设多少位？ b)主存有多少物理块？ c)最大块号是多少？ d)虚拟地址应设多少位？ e)地址空间最多可有多少页？ f)页内最大位移量是多少？ g)页内最小位移量是多少？,10、某程序如下。假设页面大小为128字，数组A中元素每一 行放在一页中，并且系统分给此进程的物理块只有一块(m=1)， 开始第一页在主存。问：执行此程序将发生多少次缺页中断？ 能否改进？ VAR A:array 1.128 of array 1.

12、128 integer; for j:=1 to 128 do for i:=1 to 128 do Aij:=0;,11、某页式虚拟系统，虚存221字节，实存218字节，页面大 小210字节。若一进程访问一个数据，其虚地址为(0123456)8， 请给出对应的物理地址(八进制表示)，设此数据所在的虚页号 对应的实页面为物理块号8的页面。 12、某页式虚拟系统，页表在主存且主存存取周期1.2us。 a)存取一个数据要多少时间？ b)若有快表且命中率为75%，则有效存储访问时间是多少？ c)若有快表且命中率为50%，则有效存储访问时间是多少？,13、某页式虚拟系统，页面大小100个单元，某作业占

13、有实页 面m=2，其地址序列为：（逻辑地址）75，175，66，267，32， 102，333，166，22，255，256。 a)求出该作业的页面走向Z。 b)按FIFO淘汰求失败率f。 c)按LRU淘汰求失败率f。 d)按OPT淘汰求失败率f。,14、某页式虚拟系统，实页面m=3，其页面走向为：4，3，2， 1，4，3，5，4，3，2，1，5。问： a)按FIFO淘汰求失败率f。 b)按LRU淘汰求失败率f。 c)按OPT淘汰求失败率f。 d)假定m=4，按以上三种算法的失败率为f多少。 15、某页式虚拟系统采用LRU淘汰算法，每个用户可在内存 驻留16个实页面(m=16),页面大小为20

14、00个字（每个整数占一 个字）。 某进程程序如下：,begin var a,b:array 1.20000 of integer; for i=1 to 20000 do ai:=1; for i=1 to 20000 do bi:=ai; end 假设数组a,b从页边界起存放，程序本身占用一个页面。程序 结束后，内存中a,b各有哪些页? 设定： a的第一组2000字为A1； a的第二组2000字为A2； ； a的最后一组2000字为A10；b类似a。,16、某作业的段表如下： 段号 状态位 段始址 段长 存取控制 0 0 100 40 W 1 1 2010 20 W 2 0 1590 100 E 3 0 75 50 R 其中：状态位0表示段在主存，存取控制W表示可写、R表示可读、E表 示可执行。对以下逻辑地址可发生什么情况？ a) STORE 1,0,50 b) STORE 1,1,10 c) LOAD 1,2,77 d) LOAD 1,3,20,17.假定某页式虚拟存储