操作系统-课件页式存储管理

有一个分页式虚拟存储管理系统，每个进程在内存有3页 数据区、1页程序区，刚开始时数据区为空。现有一个进程有 以下访问序列：
1，5，4，1，2，3，2，1，5，4，2，4，3，5，1 若系统采用： （1）最近最少使用（LRU）淘汰算法 （2）先进先出（FIFO）淘汰算法 请计算缺页次数和发生缺页中断后的淘汰页号。
页号
物理块号
0
5
1
10
2
3
3
7
分析：（1）根据题意，页内地址为10位，页号为5位。
210=1024，25=32
（2）根据给定的逻辑地址得到页号和页内地址。
035E（H）=（0000001101011110）2 从左边 数10位为页内地址，剩余为页号。页号为0。
（3）根据页号查页表，得到块号为5。
（4）将块号与块内地址组合为物理地址：
在调入内存时，若内存已满
进行“页面替换”：从内存中选择一个页调 出内存，为新调入的页让出空间。
如果替换的不合适，则发生“抖动”或“颠 簸”现象：页在内外存之间频繁地调入调出， 系统开销很大。
页面替换算法：
先进先出法（FIFO）：将最先调入内存的页调出 内存。
最近最少使用算法（LRU：least recently used）。 将最近一段时间内没有用过的页调出内存。
用户作业请求：块数B 空闲块数B N
无法分配
扫描位示图，查找为0的位 计算块号 建立页表
页式系统的内存保护和共享
保护：在页表上添加一个保护位。在做地址 变换时，检查对页面的访问是否合法。
共享：根据地址转换过程可知：如果在不同 用户的页表中填上相同的页表表项（块号）， 就能够访问相同的内存空间。
例题：对于利用快表且页表存于内存的分页系统，
假定CPU的一次访问内存时间为1µs，访问快表时间 忽略不计。如果85%的地址映射可直接通过快表完成， 那么进程完成一次内存读写的平均有效时间是多少？
分析：
（1）若直接通过快表完成，则只需一次访问内存。 （2）若不能，则需要两次访问内存。 （3）平均时间=1*85%+2*15%
内存分配
用户需求：需要多少块？ 内存空闲块的管理：位示图。
位示图：在内存中划出一片区域，用一位 代表一个块，该位的值表示所代表的块的状 态：
0：空闲；1：已分配。
内存分配
块号与字号、字长的关系：系统的字长 一定，内存块从0开始编号，则有： 块号=字号*字长+位号 字号=[块号/字长] （取整的意思） 位号=块号 MOD 字长
分析：
（1）采用FIFO方法： 将内存中的页按进入的先后次序排队，后来的加入队尾，
先来的先出去。
（1）FIFO算法
访问队列：1 5 4 1 2 3 2 1 5 4 2 4 3 5 1
1 5442 3 3 154 2 2 35 1 内 存 1554 2 2 315 4 4 23 5
115 4 4 231 5 5 42 3
114 1 1 121 5 5 44 3
缺页中断
页面替换
54
32 1
5 24
答案：缺页中断的次数为11次，页面替换的次序是：5 4 3 2 1 5 2 4
工作集模型
虚拟存储技术的理论基础。
局部性原理：进程往往会不均匀地高度局部 化地访问内存。
时间局部性：刚刚被访问的页，很可能在不久的 将来还要访问。例如：循环；子程序；栈；用户 记数和总计的变量等。
01011101011110=175E（H）
页表的实现—快表
从上述地址变换过程可以看出：CPU每取一条 指令或数据，都必须经过页表。
因此，页表的每一个表项都是一个动态重定位 机构。
如何实现页表，将影响系统的效率。 方式：
硬件实现：用寄存器组。但代价太高，特别是内存 很大时，是不可能的。
软件实现：将页表放在内存中。每取一条指令，要 两次访问内存。
页面替换算法
最近最少使用算法（LFU）：最近一段时 间内使用次数最少的页调出内存。 为每一个在内存的页设置一个计数器， 选择计数器中的值最小的调出。
最优算法（OPT）：把将来一段时间内被 使用的可能性最小的页调出内存。 利用预测方法先来预测将来的使用情况。
注意：LRU、LFU之间的区别。
例 题：
操作系统-课件页 式存储管理
地址变换过程
1、根据页号查页表，得到块号。 2、根据块号和页内地址计算物理地址。 3、例题：例题：在Leabharlann 页存储管理系统中，用户编程空间共32个
页，每页大小为1024B，内存为16KB。假定某一时刻用 户页表如下，若逻辑地址为035E（H），求其所对应的 物理地址。
一、如何知道哪些已在内存
在页表中添加一个标志位（中断位），标 志该页是否已在内存： 0：不在 1：在内存 块号 保护位 标志位
当要访问的页不在内存时
发生“缺页中断”。 缺页中断的处理过程：
保存现场 在内存中找到一个空闲块。 从磁盘上找到要调入的页。 读磁盘到内存。 恢复现场。 重新调度运行。
快表
软硬件结合：将页表中使用最频繁的表项 （页表的的一个子集）放在cache中。称为 “快表”。
cache也称为“联想寄存器”，它不是根据 地址而是根据所存信息的全部特征或部分特 征进行存取。在这里为页号。
若要访问的页在cache中，则只需一次访问 内存。若不在，则到内存中去找，同时把新 的页表表项写入cache。
缺页中断
页面替换
15
4 23 1
5 43
答案：缺页中断的次数为12次，页面替换的次序是：1 5 4 2 3 1 5 4 3。
（2）LRU算法：
访问队列：1 5 4 1 2 3 2 1 5 4 2 4 3 5 1
1 5442 3 3 354 2 2 35 1 内 存 1551 2 2 215 4 4 23 5
块号
5 12
保护位
R WR
5
5
5
5
5
用户1
用户2
用户3
页式虚拟存储技术
虚拟存储器：内存扩充技术，为用户提供一 个比实际内存大得多的内存空间。
实现虚拟的三个三个条件；
程序中的哪些页已经加载内存。 当要访问的页不在内存时，如何将其掉如内存？ 若此时内存空间已满，如何选择换出的页？
页式虚拟的基本原理：加载作业时，只加载 那些最活跃的页，其余的页需要时再加载。 “请求调页技术”和“预调页技术”。