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在为进程分配物理块时#xff0c;要解决下列的三个问题#xff1a;
1. 保证进程可正常运行所需要的最少物理块数
2. 每个进程的物理块数#xff0c;是固定值还是可变值#xff08;分配策略#xff09;
3. 不同进程所分配的物理块数#xff…请求分页中的内存分配
在为进程分配物理块时要解决下列的三个问题
1. 保证进程可正常运行所需要的最少物理块数
2. 每个进程的物理块数是固定值还是可变值分配策略
3. 不同进程所分配的物理块数是采用平均分配算法还是根据进程的大小按照比例予以分配分配算法 一、最小物理块数的确定
1. 最小物理块数只保证进程正常运行所需的最小物理块数。
2. 进程应获得的最小物理块数与计算机的硬件机构有关取决于指令的格式、功能和寻址方式。 二、内存分配策略
在请求分页中可采取两种分配策略即固定和可变分配策略。在进行置换时也可采取两种策略即全局置换和局部置换置换范围不同。于是组合出三种适用的策略
1、固定分配局部置换
⚫ 思路
– 分配固定数目的内存空间在整个运行期间都不改变
⚫ 策略
– 如果缺页则先从该进程在内存的页面中选中一页进行换出操作然后再调入一页
⚫ 特点
– 为每个进程分配多少页是合适的值难以确定
2、可变分配全局置换
⚫ 思路
– 每个进程预先分配一定数目的物理块同时OS也保持
一个空闲物理块队列
⚫ 策略
– 当缺页时首先将对OS所占有的空闲块进行分配从而增加了各进程的物理块数。当OS的空闲块全部用完将引起换出操作
3、可变分配局部置换
⚫ 思路
– 系统根据缺页率动态调整各进程占有的物理块数目使其保持在一个比较低的缺页率状态下
⚫ 特点
– 使大部分进程可以达到比较近似的性能 三、物理块分配算法
在采用固定分配策略时可使用下列方法来分配
1. 平均分配算法将系统中所有可供分配的物理块平均分配给各个进程。
2. 按比例分配算法按照进程的大小比例分配物理块。
3. 考虑优先权的分配算法为了对于紧迫的作业能够尽快完成。可以将内存的物理块分成两部分一部分按照比例分配给各进程另一部分根据进程优先级适当增加其相应的份额分配给各进程。 页面调入策略
何时调入页面
➢ 预调页策略预先调入一些页面到内存
➢ 请求调页策略发现需要访问的页面不在内存时调入内存
从何处调入页面
➢ 如系统拥有足够的对换区空间全部从对换区调入所需页面
➢ 如系统缺少足够的对换区空间凡是不会被修改的文件都直接从文件区调入当换出这些页面时由于未被修改而不必再将它们重写磁盘以后再调入时仍从文件区直接调入
➢ UNIX方式未运行过的页面从文件区调入曾经运行过但又被换出的页面从对换区调入。 ① 进程需要的页面不在内存引起缺页中断
② 中断处理程序保留现场环境转入缺页中断处理程序
③ 中断处理程序查找页表得到对应的外存物理块号。如果内存有空闲则启动磁盘操作将所缺的页面读入并修改页表。否则到4。
④ 执行置换算法选出要换出的页面如果该页修改过应将其写入磁盘然后将所缺页调入内存修改相应表项将其存在位置为‘1’并放入快表。
⑤ 利用修改后的页表形成物理地址访问内存数据。 缺页率
访问页面成功(在内存)的次数为S
访问页面失败(不在内存)的次数为F
总访问次数为ASF
缺页率为 f F/A
影响因素页面大小、分配内存块的数目、页面置换算法、程序固有属性
缺页中断处理的时间 请求分页存储管理方式
⚫ 优点
– 可提供多个大容量的虚拟存储器作业的地址空间不再受主存大小的限制
– 主存利用率大大提高作业中不常用的页不会长期驻留在主存当前运行用不到的信息也不必调入主存
– 能实现多道作业同时运行
– 方便用户大作业也无须考虑覆盖问题
⚫ 缺点
– 缺页中断处理增加系统开销
– 页面的调入调出增加I/O系统的负担
– 此外页表等占用空间且需要管理存在页内零头 页面置换算法
⚫ 功能
⚫ 需要调入页面时选择内存中哪个物理页面被置换。
⚫ 目标
⚫ 把未来不再使用的或短期内较少使用的页面调出通常只能在局部性原理指导下依据过去的统计数据进行预测。
⚫ 抖动
⚫ 不适当的算法会导致进程发生“抖动”即刚换出的页很快就要被访问又需重新调入 几种页面置换算法:
⚫ 最佳置换算法(OPT, optimal)*
⚫ 先进先出算法(FIFO)*
⚫ 最近最久未使用算法(LRU, Least Recently Used)*
⚫ 轮转算法(clock)
⚫ 最不常用置换算法(LFU, Least Frequently Used)*
⚫ 页面缓冲算法(page buffering) ⚫ 最佳置换算法(OPT, optimal)
1. 最佳置换算法所选择的被淘汰页面将是以后永不使用的 或许是在最长(未来)时间内不再被访问的页面。采用最佳置换算法通常可保证获得最低的缺页率。
2. 这是一种理想情况是实际执行中无法预知的因而不能实现。可用作性能评价的依据 ⚫ 先进先出算法(FIFO)
1. 选择装入最早的页面被置换。可以通过链表来表示各页的建立时间先后。
2. 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。
3. 并且有抖动现象。 ⚫ 最近最久未使用算法(LRU, Least Recently Used)
1. 选择内存中最久未使用的页面被置换
2. 这是局部性原理的合理近似性能接近最佳算法。(“最近的过去”对“最近的将来”的近似)
3. 但由于需要记录页面使用时间的先后关系硬件开销太大 ⚫ 轮转算法(clock)
1、简单的Clock置换算法
也称最近未使用算法(NRU, Not Recently Used)它是LRU(最近最久未使用算法)和FIFO的折衷。
–内存中所有页面通过链接指针形成一个循环队列
–每页有一个使用访问位(use bit)若该页被访问则置use bit1。
–置换时采用一个指针从当前指针位置开始按地址先后检查各页寻找use bit0的页面作为被置换页。
–指针经过的user bit1的页都修改user bit0最后指针停留在被置换页的下一个页。
2、改进型Clock置换算法
⚫ 由于Clock算法不考虑换出页面时页面是否修改过的问
题。这样在换出的页面如果被修改过的话则必须做拷回
磁盘处理开销比较大。于是改进型的Clock算法为每
个页又增加了一个修改位。
⚫ 选择页面时尽量选择既未使用又没有修改的页面。 ⚫ 最不常用置换算法(LFU, Least Frequently Used)
⚫ 目的
–选择到当前时间为止被访问次数最少的页面被置换
⚫ 实现方法1
–每个页面设立移位寄存器被访问时左边最高位置1定期右移并且最高位补0这样在最近一段时间内时用最少的页面将是ΣRi最小的页。
⚫ 实现方法2
–每页设置访问计数器每当页面被访问时该页面的访问计数器加1发生缺页中断时淘汰计数值最小的页面并将所有计数清零。 ⚫ 页面缓冲算法(page buffering)
页面缓冲算法 PBA
⚫ 内存分配采用可变分配和局部置换置换算法为FIFO。
⚫ 它是对FIFO算法的发展通过被置换页面的缓冲有机会找回刚被置换的页面
⚫ 被置换页面的选择和处理由操作系统中专门的页面置换进程用FIFO算法选择被置换页把被置换的页面放入两个链表空闲页面链表和已修改页面链表之一。
⚫ 如果页面未被修改就将其归入到空闲页面链表的末尾 访问内存的有效时间
• 访问页表、访问实际物理地址数据、缺页中断处理
• 被访问页在主存且相应页表项在快表
EATλt
• 被访问页在主存但相应页表项不在快表
EAT λtλt2 λt
• 被访问页不在主存
EAT λtελtε2 λt 抖动
如果一个进程没有足够的页那么缺页率将很高这将导致:
➢CPU利用率低下.
➢操作系统认为需要增加多道程序设计的道数
➢系统中将加入一个新的进程
抖动(Thrashing) 一个进程的页面经常换入换出
根本原因
➢同时在系统中运行的进程太多
➢因此分配给每一个进程的物理块太少不能满足进程运行的基本要求致使进程在运行时频繁缺页必须请求系统将所缺页面调入内存。 工作集定义
所谓工作集指在某段时间间隔Δ里进程实际要访问页面的集合。
把某进程在时间t的工作集记为w(tΔ),其中的变量Δ称为工作集的“窗口尺寸”。
◆ 工作集w(tΔ)是二元函数即在不同时间t的工作集大小不同所含的页面数也不同工作集与窗口尺寸Δ有关是Δ的非降函数即 抖动的预防方法
01 采取局部置换策略只能在分配给自己的内存空间内进行置换 02 把工作集算法融入到处理机调度中 03 利用“LS”准则调节缺页率
➢L是缺页之间的平均时间
➢S是平均缺页服务时间即用于置换一个页面的时间
➢LS说明很少发生缺页
➢LS说明频繁缺页
➢LS磁盘和处理机都可达到最大利用率
04 选择暂停进程。 请求分段存储管理方式
1. 请求分页系统建立的虚拟存储器是以页面为单位进行换入、换出操作的。
2. 在请求分段系统中实现的虚拟存储器以分段为单位进行换入和换出。
3. 程序在运行之前只需要装入必要的若干个分段即可运行。当访问的分段不在内存时可由OS将所缺少的段调入内存 请求段表机制
◼ 存取方式表示段存取属性为只执行、只读或允许读/写
◼ 访问字段A记录该段在一段时间内被访问的次数
◼ 修改位M标志该段调入内存后是否被修改过
◼ 存在位P指示该段是否在内存
◼ 增补位表示该段在运行过程中是否做过动态增长,在请求页式中没有该位
◼ 外存始址指示该段在外存中的起始地址盘块号 缺段中断机构
◼ 在指令执行期间产生和处理中断信号
◼ 一条指令在执行期间可能产生多次缺段中断
◼ 由于段不是定长的对缺段中断的处理要比对缺页中断的处理复杂 地址变换机构
◼ 请求分段系统的地址变换机构是在分段系统的地址变换机构基础上形成的。
◼ 由于分段可能不在内存因此会引起缺段中断。先将需要的段调入内存修
改段表然后再利用段表进行地址变换。 分段保护
越界检查
➢ 由地址变换机构来完成
➢ 比较段号与段表长度段内地址与段表长度。
存取控制检查以段为基本单位进行。
➢ 通过“存取控制”字段决定段的访问方式
➢ 基于硬件实现。
环保护机构
➢ 低编号的环具有高优先权
➢ 一个程序可以访问驻留在相同环或较低特权环外环中的数据
➢ 一个程序可以调用驻留在相同环或较高特权环内环中的服务。
