虛擬存儲(chǔ)器管理課件

1、虛擬存儲(chǔ)器管理課件第九章 虛擬存儲(chǔ)器管理1、虛擬存儲(chǔ)系統(tǒng)的基本概念2、分頁(yè)存儲(chǔ)管理3、分段存儲(chǔ)管理4、段頁(yè)式存儲(chǔ)管理5、頁(yè)（段）的置換算法和系統(tǒng)行為6、頁(yè)架分配算法虛擬存儲(chǔ)器管理課件9.1 虛擬存儲(chǔ)系統(tǒng)的基本概念 1、問(wèn)題的提出、問(wèn)題的提出 程序大于內(nèi)存 程序暫時(shí)不執(zhí)行或運(yùn)行完是否還要占用內(nèi)存虛擬存儲(chǔ)器管理課件2、基本思想、基本思想程序、數(shù)據(jù)的大小可以超過(guò)內(nèi)存的大小，操作系統(tǒng)把程序當(dāng)前使用的部分保留在主存，而把其它部分保存在輔存中，并在需要時(shí)在主存和輔存之間動(dòng)態(tài)交換。把輔存當(dāng)作主存進(jìn)行擴(kuò)充，對(duì)用戶來(lái)說(shuō)，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)有一個(gè)容量很大的主存。虛擬存儲(chǔ)器管理課件虛存的優(yōu)點(diǎn)：可容納大量的進(jìn)程，提高系統(tǒng)多道

2、并行程度，提高主存和其他資源的利用率，提高系統(tǒng)運(yùn)行效率和系統(tǒng)吞吐率虛存的缺點(diǎn)：（1）額外的主存開(kāi)銷(xiāo)（2）地址轉(zhuǎn)換增加了指令執(zhí)行時(shí)間虛擬存儲(chǔ)器管理課件9.2 分頁(yè)存儲(chǔ)管理 基本概念 地址轉(zhuǎn)換 硬件支持 頁(yè)的共享虛擬存儲(chǔ)器管理課件一、分頁(yè)存儲(chǔ)管理的基本概念 等分主存：頁(yè)架、頁(yè)架號(hào) 用戶邏輯地址空間的分頁(yè)：頁(yè)、頁(yè)號(hào) 邏輯地址的表示：（頁(yè)號(hào)p,頁(yè)內(nèi)地址d） 分配原則：以頁(yè)架為基本分配單位 頁(yè)表：頁(yè)號(hào)、頁(yè)架號(hào) 分頁(yè)系統(tǒng)中的地址結(jié)構(gòu)： 頁(yè)號(hào)最大頁(yè)數(shù) 頁(yè)內(nèi)地址頁(yè)架的大小 頁(yè)面尺寸應(yīng)是2的冪虛擬存儲(chǔ)器管理課件基本工作原理 在程序開(kāi)始運(yùn)行之前，不是裝入全部頁(yè)面，而是裝入一個(gè)或零個(gè)頁(yè)面，之后根據(jù)程序運(yùn)行的需要，動(dòng)

3、態(tài)裝入其它頁(yè)面；當(dāng)內(nèi)存空間已滿，而又需要裝入新的頁(yè)面時(shí)，則根據(jù)某種算法淘汰某個(gè)頁(yè)面，以便裝入新的頁(yè)面虛擬存儲(chǔ)器管理課件XXXX7X5XXX34061260K-64K56K-60K52K-56K48K-52K44K-48K40K-44K36K-40K32K-36K28K-32K24K-28K20K-24K16K-20K12K-16K 8K-12K 4K-8K 0K-4K28K-32K24K-28K20K-24K16K-20K12K-16K 8K-12K 4K-8K 0K-4K虛地址空間虛地址空間物理地址空間物理地址空間 虛頁(yè)虛頁(yè)頁(yè)架頁(yè)架虛擬存儲(chǔ)器管理課件二、分頁(yè)系統(tǒng)中的地址轉(zhuǎn)換 直接映象頁(yè)地址轉(zhuǎn)

4、換 多級(jí)頁(yè)表地址轉(zhuǎn)換 快表的地址轉(zhuǎn)換虛擬存儲(chǔ)器管理課件1、直接映象頁(yè)地址轉(zhuǎn)換 Pd p+L bp dP 頁(yè)表頁(yè)表地址寄存器虛地址v=(p,d)實(shí)地址b虛擬存儲(chǔ)器管理課件0010000000000100110000000000100110在在/不在內(nèi)存不在內(nèi)存頁(yè)表頁(yè)表虛地址虛地址8196物理地址物理地址245800000150000140000130000121111110000101011 90000 80000 70000 60111 51001 40001 31101 20011 10101 0頁(yè)號(hào) 頁(yè)架號(hào) 狀態(tài)虛擬存儲(chǔ)器管理課件2、多級(jí)頁(yè)表地址轉(zhuǎn)換解決頁(yè)表非常大的問(wèn)題訪存次數(shù)增加，增加一

5、級(jí)頁(yè)表，增加一次訪存次數(shù)。 虛擬存儲(chǔ)器管理課件3、快表的地址轉(zhuǎn)換、快表的地址轉(zhuǎn)換 頁(yè)號(hào) 頁(yè)內(nèi)地址頁(yè)號(hào) 頁(yè)架號(hào)頁(yè)架號(hào) 頁(yè)內(nèi)地址虛地址物理地址快表虛擬存儲(chǔ)器管理課件p頁(yè)表頁(yè)表地址越界地址越界 l比較比較P=1pp. . .快表快表 b+頁(yè)號(hào)頁(yè)號(hào)p p 頁(yè)內(nèi)地址頁(yè)內(nèi)地址dPd物理地址物理地址頁(yè)表地址寄存器頁(yè)表地址寄存器頁(yè)表長(zhǎng)度寄存器頁(yè)表長(zhǎng)度寄存器邏輯地址邏輯地址虛擬存儲(chǔ)器管理課件舉例如果查找快表花費(fèi)的時(shí)間是50NS，訪問(wèn)內(nèi)存的時(shí)間是750NS，試計(jì)算命中率為80%，90%時(shí)實(shí)際的訪存時(shí)間。虛擬存儲(chǔ)器管理課件頁(yè)號(hào)在快表：存取時(shí)間為50+750=800NS頁(yè)號(hào)在慢表：存取時(shí)間為750+750=1500N

6、S命中率為80% 存取時(shí)間為0.8*800+0.2*1500=940NS命中率為90% 存取時(shí)間為0.9*800+0.1*1500=870NS虛擬存儲(chǔ)器管理課件三、硬件支持 主存管理單元MMU 頁(yè)表 快表 反向頁(yè)表虛擬存儲(chǔ)器管理課件1、主存管理單元MMU 頁(yè)表地址寄存器：頁(yè)表始址，長(zhǎng)度 虛地址分成虛頁(yè)號(hào)和頁(yè)內(nèi)地址 判斷有越界訪問(wèn)和保護(hù)性錯(cuò)誤頁(yè)表中有效位保護(hù)權(quán)限虛擬存儲(chǔ)器管理課件2、頁(yè)表實(shí)現(xiàn)頁(yè)式管理重要的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)內(nèi)容：頁(yè)架號(hào) 修改位 有效位 引用位 保護(hù)權(quán)限虛擬存儲(chǔ)器管理課件3、快表為加快地址轉(zhuǎn)換而使用高速緩存內(nèi)容：頁(yè)號(hào) 頁(yè)架號(hào) 保護(hù)權(quán)限虛擬存儲(chǔ)器管理課件4、反向頁(yè)表完成物理頁(yè)架號(hào)到虛地址的映射

7、內(nèi)容：虛頁(yè)號(hào) 物理頁(yè)架號(hào) 指向哈希鏈的下一項(xiàng)指針 有效位，修改位，引用位 保護(hù)和加鎖信息虛擬存儲(chǔ)器管理課件9.3 分段存儲(chǔ)管理 基本概念 地址轉(zhuǎn)換虛擬存儲(chǔ)器管理課件一、分段存儲(chǔ)管理的基本概念 進(jìn)程的邏輯地址空間：段、段號(hào) 程序的地址結(jié)構(gòu)：（段號(hào)s、段內(nèi)地址w）段號(hào)最多段數(shù)段內(nèi)地址最大段長(zhǎng) 主存分配：以段為單位 段表和段表寄存器 段表：段號(hào)、段的長(zhǎng)度、段在主存中的起始地址、段的狀態(tài)位、訪問(wèn)位、修改位、段的外存地址 段表寄存器：段表起始地址、段表長(zhǎng)度虛擬存儲(chǔ)器管理課件段的動(dòng)態(tài)鏈接 在程序開(kāi)始運(yùn)行時(shí)，只將主程序段裝配好并調(diào)入內(nèi)存，其它各段的裝配是在主程序段的運(yùn)行過(guò)程中逐步完成。每當(dāng)需要調(diào)用一個(gè)新段時(shí)

8、，再將這個(gè)新段裝配好，并與主程序段鏈接。虛擬存儲(chǔ)器管理課件二、分段存儲(chǔ)管理地址轉(zhuǎn)換 段表長(zhǎng) 段表地址段號(hào) 段內(nèi)地址+ 段表Sl L bS wbs+實(shí)地址段表地址寄存器 虛地址虛擬存儲(chǔ)器管理課件 Cl Cb+段號(hào)段號(hào)S S 段內(nèi)地址段內(nèi)地址d比較比較比較比較b + d段段表表S= Cl快表快表物理地址物理地址段表始址寄存器段表始址寄存器段表長(zhǎng)度寄存器段表長(zhǎng)度寄存器邏輯地址邏輯地址lb.Slb地址越界地址越界d=1d=1地址映射及存儲(chǔ)保護(hù)機(jī)制地址映射及存儲(chǔ)保護(hù)機(jī)制地址越界地址越界地址越界地址越界比較比較虛擬存儲(chǔ)器管理課件舉例 段長(zhǎng) 段起始地址 有效位 0 200 500 1 1 400 1000

9、1 2 100 1400 0 3 900 2000 1 虛地址：（2，250）,（4，470）完成實(shí)地址轉(zhuǎn)換虛擬存儲(chǔ)器管理課件1. 缺段中斷2. 越界虛擬存儲(chǔ)器管理課件三、存儲(chǔ)保護(hù)問(wèn)題 越界保護(hù) 存取控制保護(hù)虛擬存儲(chǔ)器管理課件四、分段存儲(chǔ)管理的優(yōu)缺點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)： 便于處理變化的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 便于共享 提供虛存的功能 提供動(dòng)態(tài)連接的便利 便于控制存取訪問(wèn) 缺點(diǎn)： 要為存儲(chǔ)緊縮付出處理機(jī)機(jī)時(shí)的代價(jià) 分段的最大尺寸受到主存大小的限制 在外存中管理可變尺寸的分段比較困難 與分頁(yè)一樣，提高了硬件成本虛擬存儲(chǔ)器管理課件9.4 段頁(yè)式存儲(chǔ)管理 基本概念 地址轉(zhuǎn)換 存儲(chǔ)管理算法 優(yōu)缺點(diǎn)虛擬存儲(chǔ)器管理課件一、段頁(yè)式存儲(chǔ)

10、管理的基本概念 等分主存：頁(yè)架、頁(yè)架號(hào) 進(jìn)程的地址空間采用分段的方式 每一段采用分頁(yè)的方法 邏輯地址結(jié)構(gòu)：（s,p,d） 主存分配：以頁(yè)為單位非連續(xù)分配 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：段表、頁(yè)表、段表地址寄存器段號(hào)段號(hào)段內(nèi)地址段內(nèi)地址頁(yè)號(hào)頁(yè)號(hào)頁(yè)內(nèi)地址頁(yè)內(nèi)地址虛擬存儲(chǔ)器管理課件二、段頁(yè)式管理的地址轉(zhuǎn)換 段表地址寄存器段號(hào)S 頁(yè)號(hào)P 頁(yè)內(nèi)地址dSSPP頁(yè)架號(hào) d bs+L b 虛地址實(shí)地址S P P段表頁(yè)表快表虛擬存儲(chǔ)器管理課件快表的內(nèi)容 段號(hào) 虛頁(yè)號(hào) 頁(yè)架號(hào) 保護(hù)信息 AGE 有效位虛擬存儲(chǔ)器管理課件三、段頁(yè)式存儲(chǔ)管理算法虛擬存儲(chǔ)器管理課件9.5 頁(yè)的置換算法 頁(yè)面訪問(wèn)失效及處理 頁(yè)面置換算法虛擬存儲(chǔ)器管理課件一、

11、頁(yè)面訪問(wèn)失效及處理引起失效的原因： 邊界錯(cuò)誤 純分頁(yè)：頁(yè)號(hào)超過(guò)頁(yè)表長(zhǎng)度 純分段：偏移量超過(guò)段長(zhǎng)，段號(hào)超過(guò)段表長(zhǎng)度 段頁(yè)式：頁(yè)號(hào)超過(guò)該段的頁(yè)表長(zhǎng)度 有效性錯(cuò)誤：缺頁(yè)或缺段中斷 保護(hù)錯(cuò)誤：訪問(wèn)權(quán)限錯(cuò)誤虛擬存儲(chǔ)器管理課件二、頁(yè)面置換算法 最佳置換算法OPT 先進(jìn)先出置換算法FIFO 最近最少使用置換算法LRU 最近未使用置換算法NUR 兩次機(jī)會(huì)置換算法 時(shí)鐘頁(yè)面置換算法CLOCK虛擬存儲(chǔ)器管理課件1、最佳置換算法OPT原則：淘汰將來(lái)再也不被訪問(wèn)，或者是在 最遠(yuǎn)的將來(lái)才被訪問(wèn)的頁(yè)。虛擬存儲(chǔ)器管理課件舉例如果頁(yè)面的引用順序?yàn)?，3，2，1，5，2，4，5，3，2，5，2，而分配給它們內(nèi)存頁(yè)架數(shù)為3，用O

12、PT計(jì)算它的缺頁(yè)次數(shù)。虛擬存儲(chǔ)器管理課件 2 3 2 1 5 2 4 5 3 2 5 2 2 2 2 2 2 2* 4* 4* 4* 2 2 2 3 3 3 3* 3 3 3 3 3* 3* 3* 1* 5 5 5 5 5 5 5 5OPT調(diào) 調(diào) 中 調(diào) 替 中 替 中 中 替 中 中虛擬存儲(chǔ)器管理課件2、先進(jìn)先出置換算法FIFO 原則：選擇最早進(jìn)入主存的頁(yè)面淘汰 缺點(diǎn)： 最早進(jìn)入主存的頁(yè)面可能是經(jīng)常被使用的頁(yè) 異?，F(xiàn)象：進(jìn)程所分的頁(yè)架數(shù)越多，缺頁(yè)次數(shù)也越多虛擬存儲(chǔ)器管理課件舉例如果頁(yè)面的引用順序?yàn)?，3，2，1，5，2，4，5，3，2，5，2，而分配給它們內(nèi)存頁(yè)架數(shù)為3，用FIFO計(jì)算它的缺

13、頁(yè)次數(shù)。虛擬存儲(chǔ)器管理課件 2 3 2 1 5 2 4 5 3 2 5 2 2 2 2 2* 5 5 5* 5* 3 3 3 3 3 3 3 3* 2 2 2 2* 2* 5 5 1 1 1* 4 4 4 4 4* 2 調(diào) 調(diào) 中 調(diào) 替 替 替 中 替 中 替 替 FIFO虛擬存儲(chǔ)器管理課件例2：計(jì)算缺頁(yè)次數(shù) 某程序在內(nèi)存中分配m頁(yè)，初始為空，頁(yè)面走向?yàn)?，2，3，4，1，2，5，1，2，3，4，5。當(dāng)m=3，m=4時(shí)缺頁(yè)中斷分別為多少？用FIFO算法。虛擬存儲(chǔ)器管理課件例子2：計(jì)算缺頁(yè)次數(shù)m=3時(shí)，缺頁(yè)中斷9次m=4時(shí)，缺頁(yè)中斷10次當(dāng)分配給進(jìn)程的頁(yè)架數(shù)增加時(shí)，缺頁(yè)次數(shù)反而增加。虛擬存儲(chǔ)器

14、管理課件3、最近最少使用置換算法LRU 原則：選擇最長(zhǎng)時(shí)間未被訪問(wèn)的頁(yè)面 基于程序的局部性原理，命中率較高 實(shí)現(xiàn)較困難 方法：計(jì)數(shù)法 nn距陣法虛擬存儲(chǔ)器管理課件舉例如果頁(yè)面的引用順序?yàn)?，3，2，1，5，2，4，5，3，2，5，2，而分配給它們內(nèi)存頁(yè)架數(shù)為3，用LRU計(jì)算它的缺頁(yè)次數(shù)。虛擬存儲(chǔ)器管理課件1）計(jì)數(shù)法設(shè)置一個(gè)計(jì)數(shù)器，一頁(yè)一個(gè)，初值為0。每執(zhí)行一條指令后，計(jì)數(shù)器自動(dòng)計(jì)數(shù)。發(fā)生缺頁(yè)中斷時(shí)，選擇計(jì)數(shù)器值最小的一頁(yè)淘汰虛擬存儲(chǔ)器管理課件舉例如果頁(yè)面的引用順序?yàn)?，3，2，1，5，2，4，5，3，2，5，2，而分配給它們內(nèi)存頁(yè)架數(shù)為3，用LRU計(jì)算它的缺頁(yè)次數(shù)。（計(jì)數(shù)法）虛擬存儲(chǔ)器管理課件

15、 2 3 2 1 5 2 4 5 3 2 5 2 2 2 2 2 2* 2 2 2* 3 3 3* 3* 3 3 3* 5 5 5* 5 5 5* 5 5 1 1 1* 4 4 4* 2 2 2 調(diào) 調(diào) 中 調(diào) 替 中 替 中 替 替 中 中 LRU虛擬存儲(chǔ)器管理課件2）矩陣法設(shè)有n個(gè)頁(yè)架，系統(tǒng)維持一個(gè)n n的矩陣，開(kāi)始時(shí)所有位均為0。在頁(yè)j被訪問(wèn)到時(shí)，首先把第j行的所有位設(shè)置為1，再把第j列的所有位設(shè)置成0。在任何時(shí)刻二進(jìn)制值最小的行所對(duì)應(yīng)的頁(yè)架就是最近最少使用的。虛擬存儲(chǔ)器管理課件4、最近未使用置換算法NUR 原則：1、淘汰未被訪問(wèn)過(guò)的頁(yè) 2、淘汰未被修改過(guò)的頁(yè) 硬件：每頁(yè)增設(shè)兩個(gè)硬件位：

16、訪問(wèn)位，修改位訪問(wèn)位，修改位 實(shí)現(xiàn)：初始：訪問(wèn)位、修改位置0； 訪問(wèn)位被定期清零 虛擬存儲(chǔ)器管理課件發(fā)生缺頁(yè)中斷時(shí)，系統(tǒng)檢查訪問(wèn)位，修改位： 第0類(lèi)：無(wú)訪問(wèn)，無(wú)修改 第1類(lèi)：無(wú)訪問(wèn)，有修改 第2類(lèi)：有訪問(wèn)，無(wú)修改 第3類(lèi)：有訪問(wèn)，有修改系統(tǒng)隨機(jī)從編號(hào)最小的非空類(lèi)中選擇一頁(yè)淘汰虛擬存儲(chǔ)器管理課件5、二次機(jī)會(huì)置換算法 原則：按照先進(jìn)先出算法選擇某一頁(yè)面，檢查其訪問(wèn)位，如果為0，則淘汰該頁(yè)；如果為1，則給第二次機(jī)會(huì)，將該頁(yè)移至隊(duì)列末尾，并將訪問(wèn)位置0。 命中率優(yōu)于FIFO虛擬存儲(chǔ)器管理課件二次機(jī)會(huì)算法的操作ABCDEFGH最先裝入的頁(yè)面最后裝入的頁(yè)面BCDEFGHA將A作為剛裝入頁(yè)面虛擬存儲(chǔ)器管理課

17、件6、時(shí)鐘頁(yè)面置換算法CLOCK兩次機(jī)會(huì)置換算法的改進(jìn)。 實(shí)現(xiàn)方法：把所有的頁(yè)面保存在一個(gè)類(lèi)似時(shí)鐘表面的環(huán)形鏈表中。有一個(gè)指針指向最老的頁(yè)面。虛擬存儲(chǔ)器管理課件時(shí)鐘頁(yè)面置換算法ALK J IHGFEDCB虛擬存儲(chǔ)器管理課件舉例如果頁(yè)面的引用順序?yàn)?，3，2，1，5，2，4，5，3，2，5，2，而分配給它們內(nèi)存頁(yè)架數(shù)為3，用CLOCK計(jì)算它的缺頁(yè)次數(shù)。虛擬存儲(chǔ)器管理課件 2 3 2 1 5 2 4 5 3 2 5 2 . 2 . 2 . 2* . 2* 2 2* . 2* . 2* . 2 . 2* . 2* . 2* 3 3 3 5 5 5 5* 5 5 5* 5* 1 . 1 . 1 4 4

18、 3 3 3 3CLOCK 調(diào) 調(diào) 中 調(diào) 替 中 替 中 替 中 中 中虛擬存儲(chǔ)器管理課件9.6 頁(yè)架分配策略 物理主存 空閑頁(yè)面鏈表 頁(yè)架分配中有關(guān)策略 分頁(yè)環(huán)境中程序的行為特性虛擬存儲(chǔ)器管理課件1、物理主存非換頁(yè)池 換頁(yè)主存池 錯(cuò)誤緩沖 內(nèi)核代碼（常駐主存）用戶進(jìn)程 內(nèi)核代碼（動(dòng)態(tài)分配）錯(cuò)誤信息虛擬存儲(chǔ)器管理課件與主存相關(guān)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)： 主存映射圖：描述物理主存 頁(yè)表：描述虛存 磁盤(pán)映射圖：描述交換區(qū) 資源映射圖：實(shí)現(xiàn)資源（頁(yè)表、交換區(qū)）分配虛擬存儲(chǔ)器管理課件2、空閑頁(yè)面鏈表特點(diǎn)： 用一專(zhuān)門(mén)的獨(dú)立進(jìn)程負(fù)責(zé)頁(yè)面替換工作 鏈表中的頁(yè)面并非真正空閑頁(yè)面 置換并不是頁(yè)在主存中的移動(dòng)虛擬存儲(chǔ)器管理課

19、件3、頁(yè)架分配中有關(guān)策略 調(diào)入策略（提前分頁(yè)，請(qǐng)求分頁(yè)） 局部和全局置換，固定和可變分配 工作集 頁(yè)的大小虛擬存儲(chǔ)器管理課件局部和全局置換，固定和可變分配 固定分配：分配給進(jìn)程的頁(yè)架數(shù)不變。 可變分配：分配給進(jìn)程的頁(yè)架數(shù)是可變的。 全局置換：從整個(gè)主存中選擇淘汰頁(yè)。 局部置換：從自己以占有的頁(yè)架中選擇淘汰頁(yè)。虛擬存儲(chǔ)器管理課件局部、全局置換與固定、可變分配之間的關(guān)系 局部置換 全局置換 （1）一個(gè)進(jìn)程的頁(yè)架數(shù)固定固定分配 （2）從分配給該進(jìn)程的頁(yè)架中 不可能 選擇被替換的頁(yè) （1）分配給進(jìn)程的頁(yè)架數(shù)不斷 從主存中所有可用頁(yè) 可變分配 變化 架中選擇被替換的頁(yè) （2）從分配給進(jìn)程的頁(yè)架中 使進(jìn)程

20、頁(yè)架數(shù)不斷變 選擇被替換的頁(yè) 化虛擬存儲(chǔ)器管理課件工作集模型 基本思想：根據(jù)程序的局部性原理，一般情況下，進(jìn)程在一段時(shí)間內(nèi)總是集中訪問(wèn)一些頁(yè)面，這些頁(yè)面稱(chēng)為活躍頁(yè)面，如果分配給一個(gè)進(jìn)程的頁(yè)架數(shù)太少了，使該進(jìn)程所需的活躍頁(yè)面不能全部裝入內(nèi)存，則進(jìn)程在運(yùn)行過(guò)程中將頻繁發(fā)生中斷。 如果能為進(jìn)程提供與活躍頁(yè)面數(shù)相等的頁(yè)架數(shù)，則可減少缺頁(yè)中斷次數(shù)。虛擬存儲(chǔ)器管理課件工作集一個(gè)運(yùn)行進(jìn)程在t-w到t這個(gè)時(shí)間間隔內(nèi)所訪問(wèn)的頁(yè)的集合稱(chēng)為該進(jìn)程在時(shí)間t的工作集，記為W（t,w） W（t,w）為工作集尺寸：工作集中包含的頁(yè)面數(shù)。 w:對(duì)于給定的訪問(wèn)序列選取定長(zhǎng)的區(qū)間，稱(chēng)為工作集窗口虛擬存儲(chǔ)器管理課件工作集：內(nèi)容取決

21、于頁(yè)的三個(gè)因素內(nèi)容取決于頁(yè)的三個(gè)因素 a 訪頁(yè)序列特性 b 時(shí)刻Ti c 窗口長(zhǎng)度()虛擬存儲(chǔ)器管理課件例： 261234443434441327 | |t1 | |t2 w(t1 ) =1,2,5,6,7 w(t2 ) =3,4虛擬存儲(chǔ)器管理課件頁(yè)的大小 大頁(yè)面：頁(yè)內(nèi)碎片多，缺頁(yè)次數(shù)多 小頁(yè)面：頁(yè)表空間大 大頁(yè)面：可減少輸入輸出工作 大頁(yè)面：解決程序局部性降低，快表命中率降低的問(wèn)題虛擬存儲(chǔ)器管理課件4、分頁(yè)環(huán)境中程序的行為特性 局部性的概念 分頁(yè)環(huán)境中程序的行為特性 減少訪問(wèn)離散性的程序結(jié)構(gòu)虛擬存儲(chǔ)器管理課件（1）局部性的概念 時(shí)間局部性：某個(gè)位置最近被訪問(wèn)，那么往往很快又要被訪問(wèn)。 空間局

22、部性：某個(gè)位置最近被訪問(wèn)，則它附近的位置也會(huì)被訪問(wèn)。虛擬存儲(chǔ)器管理課件（3）減少訪問(wèn)離散性的程序結(jié)構(gòu)For j:=1 to 128do For i:=1 to 128do Ai,j:=0 For i:=1 to 128do For j:=1 to 128do Ai,j:=0 若以行序?yàn)橹餍虼鏀?shù)第一種編制：程序執(zhí)行產(chǎn)生128*128次缺頁(yè)第二種編制：程序執(zhí)行產(chǎn)生128次缺頁(yè)虛擬存儲(chǔ)器管理課件方法功能分區(qū)式頁(yè)式段式段頁(yè)式固定 可變靜態(tài) 動(dòng)態(tài)適用環(huán)境 多道 多道 多道 多道重定位 靜態(tài) 動(dòng)態(tài) 動(dòng)態(tài) 動(dòng)態(tài) 動(dòng)態(tài)分配方式 分配連續(xù)區(qū)以頁(yè)為單位非連續(xù)以段為單位非連續(xù)以頁(yè)為單位非連續(xù)釋放 執(zhí)行完全部釋放分區(qū)

23、釋放執(zhí)行完全部釋放淘汰與執(zhí)行完釋放 同左 同左保護(hù) 同左 同左 越界保護(hù)與存儲(chǔ)鍵越界保護(hù)與控制權(quán)保護(hù) 同左同左 共享 不能 較難 方便 方便 硬件支持保護(hù)用寄存器重定位機(jī)構(gòu)地址變換機(jī)構(gòu)中斷機(jī)構(gòu) 保護(hù)機(jī)構(gòu)地址變換機(jī)構(gòu)中斷機(jī)構(gòu)保護(hù)機(jī)構(gòu)動(dòng)態(tài)鏈接機(jī)構(gòu)虛擬存儲(chǔ)器管理課件9.7 共享主存，快表一致性問(wèn)題 主存共享 快表一致性問(wèn)題虛擬存儲(chǔ)器管理課件1、主存共享 內(nèi)核支持相關(guān)進(jìn)程間的copy_on_write頁(yè)面級(jí)共享技術(shù) 支持傳統(tǒng)的共享主存區(qū)的進(jìn)程間的通訊 通過(guò)存儲(chǔ)映射接口實(shí)現(xiàn)共享功能虛擬存儲(chǔ)器管理課件2、快表一致性問(wèn)題 概念 單處理機(jī)的快表一致性問(wèn)題 多處理機(jī)的快表一致性問(wèn)題虛擬存儲(chǔ)器管理課件方法功能分區(qū)

24、式頁(yè)式段式段頁(yè)式固定 可變靜態(tài) 動(dòng)態(tài)適用環(huán)境 多道 多道 多道 多道 虛擬空間 一維 一維 二維 二維重定位 靜態(tài) 動(dòng)態(tài) 動(dòng)態(tài) 動(dòng)態(tài) 動(dòng)態(tài)分配方式 分配連續(xù)區(qū)以頁(yè)為單位非連續(xù)以段為單位非連續(xù)以頁(yè)為單位非連續(xù)釋放 執(zhí)行完全部釋放分區(qū)釋放執(zhí)行完全部釋放淘汰與執(zhí)行完釋放 同左 同左保護(hù) 同左 同左 越界保護(hù)與存儲(chǔ)鍵覆蓋與交換越界保護(hù)與控制權(quán)保護(hù) 同左 同左 同左同左內(nèi)外存統(tǒng)一管理虛存內(nèi)存擴(kuò)充 共享 不能 較難 方便 方便 硬件支持保護(hù)用寄存器重定位機(jī)構(gòu)地址變換機(jī)構(gòu)中斷機(jī)構(gòu) 保護(hù)機(jī)構(gòu)地址變換機(jī)構(gòu)中斷機(jī)構(gòu)保護(hù)機(jī)構(gòu)動(dòng)態(tài)鏈接機(jī)構(gòu)虛擬存儲(chǔ)器管理課件清除快表表項(xiàng)的三種方法 清除一個(gè)對(duì)應(yīng)某虛頁(yè)的快表表項(xiàng) 清除整個(gè)

25、快表 裝入一個(gè)新的快表表目虛擬存儲(chǔ)器管理課件單處理器上的快表一性需要清除快表表目的情況： 保護(hù)權(quán)限變化 被置換出去 進(jìn)程上下文切換 exec:進(jìn)程調(diào)用exec執(zhí)行另一程序虛擬存儲(chǔ)器管理課件6、頁(yè)架分配算法 物理主存 空閑頁(yè)面鏈表 頁(yè)架分配中有關(guān)策略 分頁(yè)環(huán)境中程序的行為特性虛擬存儲(chǔ)器管理課件空閑頁(yè)面鏈表虛擬存儲(chǔ)器管理課件頁(yè)架分配中有關(guān)策略 調(diào)入策略（預(yù)調(diào)，請(qǐng)調(diào)） 局部和全局置換，固定和可變分配 工作集 頁(yè)的大小虛擬存儲(chǔ)器管理課件局部和全局置換，固定和可變分配 固定分配：進(jìn)程的頁(yè)架數(shù)不變。 可變分配：進(jìn)程的頁(yè)架數(shù)是可變的。 全局置換：從整個(gè)主存中選擇淘汰頁(yè)。 局部置換：從自己以占有的頁(yè)架中選擇淘

26、汰頁(yè)。虛擬存儲(chǔ)器管理課件工作集一個(gè)運(yùn)行進(jìn)程在t-w到t這個(gè)時(shí)間間隔內(nèi)所訪問(wèn)的頁(yè)的集合稱(chēng)為該進(jìn)程在時(shí)間t的工作集，記為W（t,w） W（t,w）為工作集尺寸：工作集中包含的頁(yè)面數(shù)。虛擬存儲(chǔ)器管理課件頁(yè)的大小 大頁(yè)面：頁(yè)內(nèi)碎片多，缺頁(yè)次數(shù)多 小頁(yè)面：頁(yè)表空間大 大頁(yè)面：可減少輸入輸出工作虛擬存儲(chǔ)器管理課件分頁(yè)環(huán)境中程序的行為特性 局部性的概念 分頁(yè)環(huán)境中程序的行為特性 減少訪問(wèn)離散性的程序結(jié)構(gòu)虛擬存儲(chǔ)器管理課件局部性的概念 時(shí)間局部性：某個(gè)位置最近被訪問(wèn)，那么往往很快又要被訪問(wèn)。 空間局部性：某個(gè)位置最近被訪問(wèn)，則它附近的位置也會(huì)被訪問(wèn)。虛擬存儲(chǔ)器管理課件減少訪問(wèn)離散性的程序結(jié)構(gòu)For j:=1

27、to 512do For i:=1 to 512do Ai,j:=0 For i:=1 to 512do For j:=1 to 512do Ai,j:=0 若以行序?yàn)橹餍虼鏀?shù)第一種編制：程序執(zhí)行產(chǎn)生512*512=262144次缺頁(yè)第二種編制：程序執(zhí)行產(chǎn)生512次缺頁(yè)虛擬存儲(chǔ)器管理課件7、共享主存，快表一致性問(wèn)題 主存共享 快表一致性問(wèn)題虛擬存儲(chǔ)器管理課件主存共享 內(nèi)核支持相關(guān)進(jìn)程間的copy_on_write頁(yè)面級(jí)共享技術(shù) 支持傳統(tǒng)的共享主存區(qū)的進(jìn)程間的通訊 通過(guò)存儲(chǔ)映射接口實(shí)現(xiàn)共享功能虛擬存儲(chǔ)器管理課件快表一致性問(wèn)題 概念 單處理機(jī)的快表一致性問(wèn)題 多處理機(jī)的快表一致性問(wèn)題虛擬存儲(chǔ)器管理

28、課件方法功能分區(qū)式頁(yè)式段式段頁(yè)式固定 可變靜態(tài) 動(dòng)態(tài)適用環(huán)境 多道 多道 多道 多道 虛擬空間 一維 一維 二維 二維重定位 靜態(tài) 動(dòng)態(tài) 動(dòng)態(tài) 動(dòng)態(tài) 動(dòng)態(tài)分配方式 分配連續(xù)區(qū)以頁(yè)為單位非連續(xù)以段為單位非連續(xù)以頁(yè)為單位非連續(xù)釋放 執(zhí)行完全部釋放分區(qū)釋放執(zhí)行完全部釋放淘汰與執(zhí)行完釋放 同左 同左保護(hù) 同左 同左 越界保護(hù)與存儲(chǔ)鍵覆蓋與交換越界保護(hù)與控制權(quán)保護(hù) 同左 同左 同左同左內(nèi)外存統(tǒng)一管理虛存內(nèi)存擴(kuò)充 共享 不能 較難 方便 方便 硬件支持保護(hù)用寄存器重定位機(jī)構(gòu)地址變換機(jī)構(gòu)中斷機(jī)構(gòu) 保護(hù)機(jī)構(gòu)地址變換機(jī)構(gòu)中斷機(jī)構(gòu)保護(hù)機(jī)構(gòu)動(dòng)態(tài)鏈接機(jī)構(gòu)虛擬存儲(chǔ)器管理課件OdLaI6F3C0y)v%s#pXlUiRf

29、NcK9H5E2A+x(u$rZoWkThPeMbJ7G4D1z-w&t!qYmVjSgOdL9I6F3B0y)v%s#oXlUiQfNcK8H5D2A+x*u$rZnWkShPeMaJ7G4C1z-w&t!pYmVjRgOdL9I6E3B0y(v%s#oXlTiQfNbK8H5D2A-x*u$qZnWkShPdMaJ7F4C1z)w&s!pYmUjRgOcL9H6E3B+y(v%r#oXlTiQeNbK8G5D2A-x*t$qZnVkShPdMaI7F4C0z)w&s!pXmUjRfOcL9H6E2B+y(u%r#oWlThQeNbJ8G5D1A-w*t$qY

30、nVkSgPdLaI7F3C0z)v&s!pXmUiRfOcK9H6E2B+x(u%rZoWlThQeMbJ8G4D1A-w*t!qYnVjSgPdLaI6F3C0y)v&s#pXlUiRfNcK9H5E2A+x(u$rZoWkThQeMbJ7G4D1z-w*t!qYmVjSgOdLaI6F3B0y)v%s#pXlUiQfNcK8H5E2A+x*u$rZnWkThPeMaJ7G4C1z-w&t!pYmVjRgOdL9I6E3B0y(v%s#oXlUiQfNbK8H5D2A+x*u$qZnWkShPeMaJ7F4C1z)w&t!pYmUjRgOcL9I6E3B+y

31、(v%r#oXlTiQeNbK8G5D2A-x*t$qZnVkShPdMaJ7F4C0z)w&s!pYmUjRfOcL9H6E3B+y(u%r#oWlTiQeNbJ8G5D1A-x*t$qYnVkSgPdMaI7F3C0z)v&s!pXmUiRfOcK9H6E2B+y(u%rZoWlThQeNbJ8G4D1A-w*t$qYnVjSgPdLaI7F3C0y)v&s#pXmUiRfNcK9H5E2B+x(u$rZoWkThQeMbJ7G4D1z-w*t!qYmVjSgOdLaE2B+y(u%rZoWlThQeNbJ8G4D1A-w*t$qYnVjSgPdLaI7F3C0y)

32、v&s#pXmUiRfNcK9H5E2B+x(u$rZoWkThQeMbJ8G4D1z-w*t!qYnVjSgOdLaI6F3C0y)v%s#pXlUiRfNcK8H5E2A+x(u$rZnWkThPeMbJ7G4C1z-w&t!qYmVjRgOdL9I6F3B0y(v%s#oXlUiQfNcK8H5D2A+x*u$rZnWkShPeMaJ7G4C1z)w&t!pYmVjRgOcL9I6E3B0y(v%r#oXlTiQfNbK8G5D2A-x*u$qZnVkShPdMaJ7F4C1z)w&s!pYmUjRgOcL9H6E3B+y(v%r#oWlTiQeNbK8G

33、5D1A-x*t$qZnVkSgPdMaI7F4C0z)v&s!pXmUjRfOcK9H6E2B+y(u%r#oWlThQeNbJ8G5D1A-w*t$qYnVkSgPdLaI7F3C0z)v&s#pXmUiRfOcK9H5E2B+x(u%rZoWkThQeMbJ8G4D1z-w*t!qYnVjSgOdLaI6F3C0y)v&s#pXlUiRfNcK9H5E2A+x(u$rZoWkThPeMbJ7G4D1z-w&t!qYmVjSgOdL9I6F3B0y)v%s#oXlUiQfNcK8H5D2A+x*u$rZnWkThPeMaJ7G4C1z-w&t!pYm

34、VjRgOdL9I6E3B0y(v%s#oXlTiQfNbK8H5D2A-x*u$qZnWkShPdMaJ7F4C1z)w&s!pYmUjRgOcL9I6E3B+y(v%r#oXlTiQeNbK8G5D2A-x*t$qZnVkShPdMaI7F4C0z)w&s!pXmUjRfOcL9H6E2B+y(u%r#oWlThQeNbJ8G5D1A-w*t$qYnVkSgPdMaI7F3C0z)v&s!pXmUiRfOcK9H6E2B+x(u%rZoWlThQeMbJ8G4D1A-w*t!qYnVjSgPdLaI6F3C0y)v&s#pXlUiRfNcK9H5E2B+x(

35、u$rZoWkThQeMbJ7G4D1z-w*t!qYmVjSgOdLaI6F3B0y)v%s#pXlUiQfNcK8H5E2A+x*u$rZSgPdLaI6F3C0y)v&s#pXmUiRfNcK9H5E2B+x(u$rZoWkThQeMbJ7G4D1z-w*t!qYmVjSgOdLaI6F3B0y)v%s#pXlUiQfNcK8H5E2A+x*u$rZnWkThPeMbJ7G4C1z-w&t!qYmVjRgOdL9I6F3B0y(v%s#oXlUiQfNbK8H5D2A+x*u$qZnWkShPeMaJ7F4C1z)w&t!pYmUjRgOcL9I6E3B+y(v%

36、r#oXlTiQfNbK8G5D2A-x*u$qZnVkShPdMaJ7F4C0z)w&s!pYmUjRfOcL9H6E3B+y(u%r#oWlTiQeNbJ8G5D1A-x*t$qYnVkSgPdMaI7F4C0z)v&s!pXmUjRfOcK9H6E2B+y(u%rZoWlThQeNbJ8G4D1A-w*t$qYnVjSgPdLaI7F3C0y)v&s#pXmUiRfNcK9H5E2B+x(u%rZoWkThQeMbJ8G4D1z-w*t!qYnVjSgOdLaI6F3C0y)v%s#pXlUiRfNcK8H5E2A+x(u$rZnWkThPeMbJ7G4C1z-w

37、&t!qYmVjRgOdL9I6F3B0y)v%s#oXlUiQfNcK8H5D2A+x*u$nVjSgOdLaI6F3C0y)v%s#pXlUiRfNcK8H5E2A+x(u$rZnWkThPeMbJ7G4D1z-w&t!qYmVjSgOdL9I6F3B0y)v%s#oXlUiQfNcK8H5D2A+x*u$rZnWkShPeMaJ7G4C1z)w&t!pYmVjRgOcL9I6E3B0y(v%r#oXlTiQfNbK8H5D2A-x*u$qZnWkShPdMaJ7F4C1z)w&s!pYmUjRgOcL9H6E3B+y(v%r#oWlTiQeNbK8G5D1

38、A-x*t$qZnVkSgPdMaI7F4C0z)w&s!pXmUjRfOcL9H6E2B+y(u%r#oWlThQeNbJ8G5D1A-w*t$qYnVkSgPdLaI7F3C0z)v&s#pXmUiRfOcK9H5E2B+x(u%rZoWlThQeMbJ8G4D1A-w*t!qYnVjSgPdLaI6F3C0y)v&s#pXlUiRfNcK9H5E2A+x(u$rZoWkThPeMbJ7G4D1z-w&t!qYmVjSgOdL9I6F3B0y)v%s#pXlUiQfNcK8H5E2A+x*u$rZnWkThPeMaJ7G4C1z-w&t!pYmVjR

39、gOdL9I6E3B0y(v%s#oXlTiQfNbK8H5D2A-x*u$qZnWkShPeMaJ7F4C1z)w&t!pYmUjRgOcL9I6E3B+y(v%r#oXlTiQeNbK8G5D2A-x*t$qZnVkShPdMaI7F4C0z)w&s!pXmUjRfOcL9H6E3B+y(u%r#oWlTiQeNbJ8G5D1A-x*t$qYnVkSgPdMaI7F3C0z)v&s!pXmUiRfOcK9H6Ex*t$qZnVkShPdMaI7F4C0z)w&s!pYmUjRfOcL9H6E3B+y(u%r#oWlTiQeNbJ8G5D1A-x*t$qYnV

40、kSgPdMaI7F3C0z)v&s!pXmUiRfOcK9H6E2B+x(u%rZoWlThQeNbJ8G4D1A-w*t$qYnVjSgPdLaI7F3C0y)v&s#pXmUiRfNcK9H5E2B+x(u$rZoWkThQeMbJ7G4D1z-w*t!qYmVjSgOdLaI6F3B0y)v%s#pXlUiRfNcK8H5E2A+x(u$rZnWkThPeMbJ7G4C1z-w&t!qYmVjRgOdL9I6F3B0y(v%s#oXlUiQfNbK8H5D2A+x*u$qZnWkShPeMaJ7G4C1z)w&t!pYmVjRgOcL9I6E3B0y(v%r#oXlTiQfNbK8G5D2A-x*u$qZnVkShPdMaJ7F4C0z)w&s!pYmUfNbK8H5D2A+x*u$rZnWkShPeMaJ7G4C1z)w&t!pYmVjRgOcL9I6E3B0y(v%r#oXlTiQfNbK8G5D2A-x*u$qZnVkShPdMaJ7F4C0z)w&s!pYmUjRgOcL9H6E3B+y(v%r#oWlTiQeNbK8G5D1A-x*t$qZnVkSgPdMaI7F4C0z)v&s!pXmUjRfOcK9H6E2B+y(u%rZoWlThQeNbJ8G5D1A-w*t$qYnVkSgPdL