《操作系统第11讲幻灯片资料》由会员分享，可在线阅读，更多相关《操作系统第11讲幻灯片资料（27页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、Operating System Conception,Davidfu,操作系统概念,第十一讲 内存管理（3）,Operating System Conception,Davidfu,回顾,什么是页式管理，什么是段式管理？它们之间的区别？,Operating System Conception,Davidfu,本课总体纲要,静态与动态页面管理 请求页面调度 页面置换 FIFO页面置换 OPT页面置换 LRU页面置换,Operating System Conception,Davidfu,请求页面调度,只有需要时，才将页面调入内存 优点： 减少执行I/O 需要较少的内存 较快的响应 较多的用户
2、页面调度过程：,有页面需求,页面无效？,引用无效，产生缺页中断,执行页面,将页面带到内存,页面在内存,终止进程,是,否,否,是,Operating System Conception,Davidfu,虚页不在物理内存的情况,每个页表条目都有一个有效无效位 （页面在内存中1，页面不在内存中0） 初始化时所有的位都设置位0,Operating System Conception,Davidfu,如何将虚页从外存调入内存,Operating System Conception,Davidfu,页面置换问题的产生,问题：过度分配,Operating System Conception,Davidfu,
3、页面置换解决办法,修改页错误处理程序来实现页置换 通过修改位/脏位来降低额外开销 页置换分开了逻辑内存与物理内存，使用小的物理内存可以为用户提供巨大的虚拟内存。,Operating System Conception,Davidfu,页面置换页处理程序,查找所需页在磁盘上的位置 查找一个空闲帧 如果有空闲帧，就使用 若没有空闲帧，就使用页置换算法选择一个淘汰帧 将淘汰帧的内容写到磁盘上，更改页表和帧表 将所需页读入空闲帧，改变页表和帧表 重新启动进程,Operating System Conception,Davidfu,请求页面调度的性能,页错误(缺页)率p: 0 p 1.0 P=0,没有页
4、面错误 P=1,每个页面都产生页面错误 有效访问时间 (EAT) 内存访问时间ma EAT = (1 p) ma + p (页面置换时间) 页面置换时间页面错误开销页面切换开销重启指令开销,Operating System Conception,Davidfu,请求页面调度的性能举例说明,页面错误开销1us 页切换开销25ms 重新启动开销100us 内存访问时间ma=100ns 如果p=0.001,EAT=? 如果p=0.1,EAT=? 如果希望EAT性能降低不超过50，p=?,Operating System Conception,Davidfu,本课总体纲要,静态与动态页面管理 请求页面
5、调度 页面置换 FIFO页面置换 OPT页面置换 LRU页面置换,Operating System Conception,Davidfu,页面置换算法选择,硬件变换机构发现虚页是否在内存并产生相应的页错误中断 软件中断处理程序根据内存是否有空闲帧实现内外存统一页调度 内存利用率的提高是以牺牲系统开销的代价实现的 对于过度分配，选择什么置换算法至关重要,Operating System Conception,Davidfu,页面置换算法选择,每个操作系统都可能有自己的置换算法： 采用最小页错误率的算法 随着帧数量的增加，页错误数量会降低 针对特定内存的引用串运行某个置换算法，并计算出页错误的数量
6、。 引用串（reference string）：某进程在内存中被访问的页号的序列。,Operating System Conception,Davidfu,FIFO页置换,FIFO页置换定义：当必须进行置换时，将选择在内存驻留时间最长的页进行置换,Operating System Conception,Davidfu,FIFO页置换例题,在分页系统中，假如对于过度分配的物理内存中可进行置换分配的为3帧，作业的内存引用序列为： 2、3、2、1、5、2、4、5、3、2、5、2 请问采用FIFO 页面置换算法计算缺页中断率。,Operating System Conception,Davidfu,页
7、面置换算法选择,Operating System Conception,Davidfu,Beladys异常,Operating System Conception,Davidfu,OPT最优页置换,OPT最优页置换：置换那些在引用串中将来再也不出现或在当前最远的位置出现的页。 使用这种方法产生的页错误率最低，并且绝对没有Belady异常。,Operating System Conception,Davidfu,OPT最优页置换,OPT最优页置换的缺点： 难于实现，因为要求预先知道每个进程所有引用串的情况,Operating System Conception,Davidfu,LRU页置换,LR
8、U最近最少使用算法：OPT不现实，可以使用离过去最近作为不远将来的近似，那么可以选择离当前时间最近的一段时间内最久时间没有使用的页进行淘汰置换。,Operating System Conception,Davidfu,LRU页置换近似算法,LFU（最不经常使用的页面淘汰算法）：首先淘汰到当前时间为止，被访问次数最少的那一页。 实现方法： 在页表中给每一页增设一个访问记数器 NUR(最近未使用页面淘汰算法)：该算法需要淘汰某页时，从那些最近一个时期内未被访问的页中任选一页淘汰。 实现方法： 每当引用一个页时，相应页的引用位就被硬件置位。否则，引用位置0。 开始，所有引用位清零。系统周期性的对所有
9、引用位清零 通过检查引用位，我们知道哪些页用过，但不知道顺序,Operating System Conception,Davidfu,总结,静态与动态页面管理 请求页面调度 页面置换 FIFO页面置换 OPT页面置换 LRU页面置换,Operating System Conception,Davidfu,作业,在分页存储管理中，采用FIFO页面淘汰算法，对于以下内存引用序列，计算出内存为3帧空闲帧和4帧空闲帧所对应的缺页中断率 内存引用序列： 4、3、2、1、4、3、5、4、3、2、1、5,Operating System Conception,Davidfu,页地址转换例题解析,有一段程序的逻辑首地址为2500，逻辑地址空间为分页管理方式，每页大小为1k，该程序调入内存的页表如下，试问该程序对应物理内存的首地址（画出地址变换图）,Operating System Conception,Davidfu,页地址转换例题解析,页表起始地址,页表长度,2,452,+,页错误中断,是,否,OS,DATA,+,6596,虚拟地址空间的逻辑地址,控制寄存器,内存,
