操作系统Chapter06-2(New)

6.5.1.2 内存页面分配策略（静态策略）
1. 平均分配
如内存128页，进程25个，每个进程5个页面 2. 按进程长度比例分配 pi共si个页面；S=si；内存共m个页面 ai=(si/S)m
3. 按进程优先级比例分配
4. 按进程长度和优先级别比例分配 静态策略存在问题： (1)没有反映程序结构； (2)没有反映程序在不同时刻的行为特性。
实现：Timing, stack ( remark: unusual stack)
Whenever a page is referenced, it is removed from the stack and put on the top,
Bottom is LRU page.
例子：reference string: 4, 7, 0, 7, 1, 0, 1, 2, 1, 2, 7, 1, 2 Stack before a
9. 改进时钟淘汰算法
算法: 在时钟算法基础上，每个页面增设置一个修改 位 , 在内存用链接指针链成一个循环队列. 当页面被访问,访问位置 1;被修改页面，修改位置1； 1. 寻找r=0 and m=0. 2. 寻找r=0 and m=1; 扫过修改成r=0; 3. 再次执行(1); Page 9 r=0 4. 再次执行(2)
虚拟存储器系统(Virtual Memory System)实 现的理论基础。
i.e. 许多作业在每次运行时，并非用到其全 部程序，那么可以仅把作业的一部分装入内存 就能运行.
局限性表现
时间局限性：如果程序中的某条指令一旦执行， 则不久的将来该指令可能再次被执行；如果某 个存储单元被访问，则不久以后该存储单元可 能再次被访问。产生时间局限性的典型原因是 在程序中存在着大量的循环操作。
× × × × × × × × × × × × × × × 缺页故障 15次。 Belady异常： 3个页框页故障率=9/12，4个页框：页故障率=10/12. Belady异常—分得的页面数大、缺页故障反而增加。
Belady异常：
如果访问的页面序列：1,2,3,4,1,2,5,1,2,3,4,5 进程分配3个页架：
b:
l
b
逻辑页号
页架 号
...
外存 内外 块号 标识
...
Physical address
cp
+
p
f
b‟
...
i
页架号 页内地址
...
... b
f
d
l
... PCB 逻辑地址
p
f

逻辑页 号
...
页架号 访问权 限
...
修改标 识
p ... p d
f
a ...
m
虚拟页式存储系统要解决的问题
每个进程分配多少内存页架？ 外存块如何分配？ 在外存的页面何时调入内存？ 如果内存不够，如何淘汰内存中的页面？ 其他问题，如颠簸问题等？
淘汰最近一段时间未用到的。 实现：每页增加一个访问标志(引用位,修改位); 对页面写操作修改位置1, 读操作引用位置1; 定时对引用位清0; 淘汰时选择顺序: (0,0), (0,1), (1,0), (1,1)。 LRU算法的近似： Reference string: 2, 3, 5, 6, 4, 2, 5, 6, 7, 5, 6, 8,
实现：
记数器，调入清0，访问增1，淘汰选取最小者。
6. 最频繁使用的先淘汰(MFU)
淘汰使用次数最多的。 依据: 使用多的可能已经用完了。 Suffer: 程序有些成分是在整个程序运行中 都使用的。
7.二次机会淘汰算法
思想：淘汰装入最久且最近未被访问的页面。 实现：链表数据结构。当前被引用的页面访问位设置为 1，且移动链表的最后面。 例如：需要引用页面2，但该页面不在内存中，因此需 要淘汰一个页面。假设该进程分配8个页架。
集美大学精品课程建设
计算机操作系统
第六章 存储管理（2）
lxhong@
6.4 外存资源管理
Swap 空间 File 空间 输入井
输出井
外存空间划分

静态等长，2i, 称为一块(block)，块是外存分配的 基本单位，也是I/O传输的基本单位。 空闲块链(慢) 空闲块表(UNIX) 字位映像图
• 效率最高，not feasible。
6 0 1 6 6 6 0 0 1
2 2 0 1
0 2 0 1
3 2 0 3
×
0 2 0 3
4 2 4 3
×
2 2 4 3
3 2 4 3
0 2 0 3
×
2 2 0 3
1 2 0 1
×
2 2 0 1
0 2 0 1
1 2 0 1
6 6 0 1
×
0 6 0 1
1 6 0 1
× × × ×
缺页故障9次。
2. 先进先出(FIFO)
淘汰最先调入的。 实现：队列
依据: 先进入的可能已经使用完毕。但: 有些代码 和数据可能整个程序运行中用到。
6 0 1 2 0 3 0 4 2 3 0 2 1 2 0 1 6 0 1
6 6 6 2 2 2 2 4 4 4 0 0 0 0 0 0 6 6 6 0 0 0 0 3 3 3 2 2 2 2 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 0 3 3 3 3 2 2 2 2 2 1
p‟ ...
…
(0,1) …
...
...
{r,w,e} ... ... (0,1)
对快表的改进： 逻辑页号 页架号
... ..Leabharlann …访问权限 修改标志...
p ...
f
... …
{r,w,e}
...
(0,1)
地址映射过程见p199
地址映射过程
①
②
地址映射过程
① ②
虚拟页式存储管理的地址映射过程
6/1 3/1 4/0 8/0 5/1 9/0 0/0 1/1
3/1
4/0
8/0
5/1
9/0
0/0
1/1
6/0
4/0
8/0
5/1
9/0
0/0
1/1
6/0
3/0
页面4最久未被访问，淘汰，用页面2替代，设访问位为1
8/0
5/1
9/0
0/0
1/1
6/0
3/0
2/1
8. 时钟淘汰算法
LRU是一种较好的淘汰算法, 但需要较多的硬件 支持,实现困难. 算法: 每个页面设置一个访问位 , 在内存用链接 指针链成一个循环队列.
before page fault, 将要访问时调入(根据 程序顺序行为， 不一定准）
预调必须辅以请调。
6.5.1.5 淘汰算法(replacement algorithm)
用于：页淘汰、段淘汰、快表淘汰。 Objective: lowest page-fault rate. example: 3 page frames, access series
2
0
3
2
4 0
3
0 2
1
0 6
1 1 1 1 1 1 1 1 1 3 3 3 3 3 3 3 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
6 6 6 2 2 2 2 2 2 4 4 4 4 2 2 2 6
× × × 缺页故障9次。 × × × × × ×
4. 最近不用的先淘汰(not used recently-NUR)
2 1 0 7 4
Stack before b
7 2 1 0 4
a
b
最近最少使用淘汰算法（LRU）
6 0 1 2 0 3 0 4 2 3 0 2 1 2 0 1 6 0 1 6 6 6 2 2 2 2 4 4 4 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 3 3 3 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 3 3 3 2 2 2 2 2 2 2 2 6 6 6 × × × × × × × × × × ×
m=0 Page8 r=1,m=1 Page10 r=1,m=1 Page6 r=0 m=1 Page21 r=1 m=1 Page 16 r=1,m=0
6, 0, 1, 2, 0, 3, 0, 4, 2, 3, 0, 2, 1, 2, 0, 1, 6, 0, 1
1. 最佳淘汰算法(OPT--optimal) 淘汰将来最长时间以后才用到的。 效率最高， not feasible。
1. 最佳淘汰算法(OPT--optimal)
• 淘汰将来最长时间以后才用到的。
缺页故障 11次。 OPT9次; FIFO15次;
比较OPT和LRU算法
OPT算法 6 0 1 2 0 3 0 4 2 3 0 2 1 2 0 1 6 0 1 6 6 6 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 6 6 6 0 0 0 0 0 0 4 4 4 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 3 3 3 3 3 3 3 1 1 1 1 1 1 1 × × × × × × 缺页故障9次。 LRU算法 1 0 6 1 0 2 1 × × × ×
6.5.1.3 外存块的分配策略
1. 静态分配
外存保持进程的全部页面：
优点：速度快--淘汰时不必写回(未修改情况)
缺点：外存浪费
2. 动态分配
外存仅保持进程不在内存的页面： 优点：节省外存 缺点：速度慢--淘汰时必须写回
6.5.1.4 页面调入时机
1. 请调(demand paging) upon page fault, 发生缺页中断时调入。 影响进程推进速度。 2. 预调(prepaging)