操作系统段式存储管理与虚存.pptx
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1、15.2.2 5.2.2 段式管理段式管理页式管理缺点:页式管理缺点:对用户而言不自然对用户而言不自然 0 1 2 3 4 5 程程序序段段数数据据段段 0 1 2主程序主程序SIN 0 1 2主程序主程序SIN(共子程序共子程序)作业作业1 1作业作业2 22 整个作业的地址空间是二维的整个作业的地址空间是二维的,如下图如下图:Y:Y:0 0500500C:C:0 0200200D:D:0 0300300CallCallLoadLoadstorestore0 01k1k分段分段MAINMAIN(主程序主程序)分段分段X X(子程序子程序)分段分段A A(数据数据)分段分段B B(工作区工作区
2、)段式管理的特点:段式管理的特点:按作业的自然段将其逻辑空间分成若干段,作按作业的自然段将其逻辑空间分成若干段,作业以段为单位分配内存。业以段为单位分配内存。3 一、空间安排 用户作业逻辑空间由若干自然段组成。用户作业逻辑空间由若干自然段组成。逻辑地址:段号与段内偏移,记做逻辑地址:段号与段内偏移,记做S S,d d。编译及装配时把所有地址记成编译及装配时把所有地址记成(S,d)(S,d)的形式。的形式。物理内存空间管理:与多道可变划分区法物理内存空间管理:与多道可变划分区法一样,系统以段为单位分配物理内存。一样,系统以段为单位分配物理内存。主程序主程序子程序子程序1子程序子程序2栈栈数据数据
3、4 主程序 子程序1 子程序2栈数据逻辑空间逻辑空间 子程序2主程序栈数据OS 子程序1物理空间物理空间5二、动态地址转换保护码段长本段内存始地址 段表:由如下格式的段表项组成,作业由如下格式的段表项组成,作业每段由一个段表项表示。每段由一个段表项表示。段表放于系统空间,进程段表放于系统空间,进程PCBPCB表中存有段表中存有段表始地址、段表长度。表始地址、段表长度。段表始地址寄存器、段表长度寄存器。段表始地址寄存器、段表长度寄存器。6段号段号保护码保护码段长段长段内存始址段内存始址.保护码保护码段长段长段内存始址段内存始址.Sd段表始址段表始址段表长度段表长度+PA越界越界地址转换过程地址转
4、换过程LALA段表段表78 三、共享主程序主程序SIN数据数据主程序主程序子程序子程序1SIN子程序子程序2SIN J1 J2段表段表主存主存两个作业共享两个作业共享SINSIN段的示例段的示例9 A段段SQRTSQRT B段段SQRT J1 J2段表段表主存主存两个作业共享两个作业共享SQRTSQRT段的示例段的示例A A段段B B段段逻逻辑辑段段空空间间(1)SQRT(A,Y)(2)IF X -段号段号页号页号页内位移。记做:页内位移。记做:S,P,dS,P,d。5.2.3 5.2.3 段页式管理段页式管理特点:将作业分成若干段,每段用页式管理实将作业分成若干段,每段用页式管理实现内存分配
5、现内存分配。一、空间安排12作业空间的内部表示 主程序 子程序 数据保护码 长度 页表始地OS段表段表页表页表主存作业段表段表+页表页表13二、动态地址转换段号段号 页号页号 保护码保护码页帧号页帧号.Spd段表始址段表始址段表长度段表长度+越界越界+f f d段表段表页表页表14三、保护与共享保护与段式管理相同。共享则可以以保护与段式管理相同。共享则可以以页页为为单位,也可以共享页表。单位,也可以共享页表。等效访问时间:等效访问时间:设访存时间为设访存时间为750ns750ns,搜索,搜索快表的时间为快表的时间为50ns50ns,命中率为,命中率为95%95%,则,则95%(750+50)+
6、5%(750+50+750+75095%(750+50)+5%(750+50+750+750)=875ns=875ns15段表段表主程序子程序数据作业1主程序子程序数据作业2段表段表页表页表OS主存SINSINSINSINSINSINSINSIN16总结:总结:“放放”连续存放:连续存放:单道连续分配;单道连续分配;多道连续固定分区;多道连续固定分区;多道连续可变分区。多道连续可变分区。不连续存放:不连续存放:页式存储;页式存储;段式存储;段式存储;段页式存储。段页式存储。175.3.1 5.3.1 虚存的基本思想虚存的基本思想虚拟存储管理虚拟存储管理(虚存虚存):把作业的一部分装入内存便可把
7、作业的一部分装入内存便可运行作业的存储器系统。它具有部分装入、请求调入运行作业的存储器系统。它具有部分装入、请求调入和置换功能,它把辅存和主存一起管理,能从逻辑上和置换功能,它把辅存和主存一起管理,能从逻辑上对内存容量进行扩充。对内存容量进行扩充。影响虚存大小因素:有效地址长度,外存的容量,影响虚存大小因素:有效地址长度,外存的容量,传送速度,使用频率。传送速度,使用频率。5.35.3虚拟存储管理虚拟存储管理目的:目的:提供用户进程一个巨大的虚拟存储空间。提供用户进程一个巨大的虚拟存储空间。手段:手段:利用外存利用外存(磁盘磁盘)实现此虚空间。实现此虚空间。18实现该虚存管理的基本方法是:n
8、在页式(段式、段页式)管理的基础上,在页式(段式、段页式)管理的基础上,仅将进程的一部分页(段)放于主存。页仅将进程的一部分页(段)放于主存。页(段)表项中注明该页或段是否在主存。(段)表项中注明该页或段是否在主存。n 程序执行时,如果访问的页(段)不存程序执行时,如果访问的页(段)不存在主存,根据页(段)表项的指示,将其从在主存,根据页(段)表项的指示,将其从外存调入主存,如果此时无可用的内存空间,外存调入主存,如果此时无可用的内存空间,则先淘汰若干页帧或段。则先淘汰若干页帧或段。19交换区(交换区(SWAPSWAP):):引入原因:引入原因:执行程序文件中的初始值不能被修改;执行程序文件中
9、的初始值不能被修改;主要作用:主要作用:用于存放那些可读写的进程页面。用于存放那些可读写的进程页面。两种页类型:两种页类型:回写回写swapswap文件页:文件页:对可读写的进程页面,初始对可读写的进程页面,初始值从执行程序文件获得,一旦修改,写回时则写值从执行程序文件获得,一旦修改,写回时则写到交换区,再度使用时,则从交换区中取出;到交换区,再度使用时,则从交换区中取出;零页:零页:在执行文件中说明是初始值为在执行文件中说明是初始值为0 0的工作区;的工作区;回写时也要写到交换空间中。回写时也要写到交换空间中。5.3.2 5.3.2 页式虚存管理页式虚存管理20一、页表项结构:合法位合法位
10、修改位修改位 页类型页类型 保护码保护码 外存块号外存块号 页帧号页帧号合法位:合法位:表示该页在内存,为表示该页在内存,为1 1或或0 0。修改位:修改位:表示该页被修改过,在释放或淘汰时应表示该页被修改过,在释放或淘汰时应 写回外存。写回外存。页类型:页类型:零页时,表示该页在分配物理页帧时应零页时,表示该页在分配物理页帧时应 清清0 0页帧空间页帧空间;回写回写swapswap区页,表示回区页,表示回 写写swapswap区;没设置类型时,正常方式处理区;没设置类型时,正常方式处理保护码:保护码:R,W,ER,W,E保护说明。保护说明。外存块号:外存块号:该页所在外存的块号。该页所在外存
11、的块号。页页 帧帧 号:号:当在合法位置上时,代表该页所在内当在合法位置上时,代表该页所在内 存的页帧号。存的页帧号。21二、页表建立 分配分配pidpid给子进程,分配给子进程,分配PCBPCB空间空间;初始化初始化PCBPCB(进程标识,调度信息)(进程标识,调度信息);分配子进程页表空间分配子进程页表空间;复制父进程的程序区页表项,使程序复制父进程的程序区页表项,使程序共享共享;1.利用父进程页表生成进程页表(如UNIX的fork()初始化页表方法:在进程创建时建立页表,页表项在初始时,在进程创建时建立页表,页表项在初始时,合法位、修改位及页帧号都为合法位、修改位及页帧号都为0 0。22
12、复制父进程的数据区和栈区,为数据区和复制父进程的数据区和栈区,为数据区和栈区分配栈区分配swapswap空间,复制并修改数据区和空间,复制并修改数据区和栈区页表项内容栈区页表项内容;继承父进程对其他资源的访问现场继承父进程对其他资源的访问现场;父进程父进程PCBPCB中现场区初始化子进程的现场中现场区初始化子进程的现场区,且使子进程区,且使子进程fork()fork()返回值为零返回值为零;将子进程挂到就绪队列将子进程挂到就绪队列;返回子进程返回子进程pidpid给父进程。给父进程。23为为执执行行程程序序页页面面创创建建页页表表项项,将将保保护护码码置置为为可可执执行行,辅辅存存块块号号置置
13、为为该该页页对对应应执执行行程程序序文文件的辅存块号。(不必回写)。件的辅存块号。(不必回写)。为为所所有有初初始始数数据据页页创创建建页页表表项项,保保护护码码置置为为可可读读写写,页页类类型型说说明明为为回回写写swapswap页页,辅辅存存块块号号为为该该页页对对应应文文件件的的辅辅存存块块号号,待待该该页页回回写写时,再分配时,再分配swapswap区空间,修改辅存块号栏。区空间,修改辅存块号栏。为为所所有有零零数数据据页页面面创创建建页页表表项项,保保护护码码为为可可读读写写,页页类类型型说说明明为为零零页页,辅辅存存块块号号栏栏为为空空。当当第第一一次次访访问问该该页页时时,分分配
14、配主主存存页页帧帧并并清清0 0;回回写写时时,再再分分配配swapswap区区空空间间,填填写写辅辅存存块块号栏。号栏。2.用一个可执行的文件来初始化页表。24三、硬件动态地址转换三、硬件动态地址转换页表始址页表始址B 页表长度页表长度L3L?3L?+页表寄存器页表寄存器越界中断越界中断逻辑地址逻辑地址V(3,d)页帧号页帧号页号页号物理地址物理地址26480123是是否否(8,d)A0A2A1A30页框号页框号123456789偏移偏移d快表快表否否是是读页号读页号是否在是否在是否在是否在内存内存内存内存1110缺页异常缺页异常(页故障)(页故障)页表页表合法位合法位是是否否25 1.1.
15、根据发生页故障的虚地址得到页表项。根据发生页故障的虚地址得到页表项。2.2.申请一个可用的页帧申请一个可用的页帧(根据所采用的替换策根据所采用的替换策略可能需要引起淘汰某一页略可能需要引起淘汰某一页););3.3.检查页类型检查页类型:(1)(1)若为零页,则将页帧清若为零页,则将页帧清0 0,将页帧号填,将页帧号填 入页表项的页帧号一栏,置合法位为入页表项的页帧号一栏,置合法位为1 1。(2)(2)若非零页,则调用若非零页,则调用I/OI/O子系统将辅存块号子系统将辅存块号所指的页面读到页帧中,将页帧号填入页表项,所指的页面读到页帧中,将页帧号填入页表项,合法位置合法位置1 1,结束。,结束
16、。四、缺页处理 中断处理程序处理过程:中断处理程序处理过程:26 五、页淘汰淘汰一页的主要工作有:淘汰一页的主要工作有:1.1.查查P P页表项的修改位,若未修改,则合法位页表项的修改位,若未修改,则合法位 清清0 0,将页帧送回空闲页帧队列。,将页帧送回空闲页帧队列。2.2.若已修改,则检查若已修改,则检查P P的类型栏。的类型栏。3.3.若是零页或回写若是零页或回写swapswap区页,则申请一块区页,则申请一块swapswap区区空间,将空间,将P P页表项的辅存块号置上并清除页类型。页表项的辅存块号置上并清除页类型。4.4.调用调用I/0I/0子系统,将页帧上的数据写到辅存块号子系统,
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