作業系統--存儲管理3

-----段式記憶體配置設定-----

1.概念

一種順應使用者視角的記憶體管理機制；程式由多段代碼、資料組成。

段是自然的邏輯單元

2.段式管理機制

# 将一個邏輯位址劃分為兩部分：段号和段内偏移量

# 段表：以段号為索引下标，将其映射到二維的實體位址

# 段表項内容：基位址+界限(段的開頭+段的長度)存儲在寄存器中

位址轉化：先把段的偏移量和界限比較，超過則是非法通路，

若符合，根據基位址+界限：可以找到這個段在記憶體中的位址

#記憶體包含：通過在段表項設定保護位；來達到記憶體保護的功能

#記憶體共享：共享的基本機關是段：要共享的段，在段表的位置相同

3.段式配置設定注意的事情：

# 段的長度可變(差別于頁)，也面臨動态配置設定和外部/内部碎片

----段頁式記憶體配置設定----

1.概念：将邏輯位址劃分為3部分：段号；頁面；頁内偏移

2.位址轉換過程：先根據段号找到頁面；在根據頁面找到頁桢；完成位址轉換

----虛拟存儲管理--是對非連續記憶體配置設定的延續------

1.虛拟存儲的提出原因？

計算機中多程序導緻記憶體空間不足；常見的解決辦法：

* 覆寫技術--程式内部子產品之間

目标：在可以在較小的記憶體中運作較大的程式

方法：1.依據程式的邏輯，将程式劃分為若幹功能獨立的子產品；将不會

同時執行的子產品共享一塊記憶體區域

2.将子產品分為常用子產品--常駐記憶體；可選子產品在用的時候加載記憶體

3.不存在互相調用關系的子產品為一組，可以放在共享記憶體中

缺點：需要程式員劃分功能子產品，定義覆寫方式，增加程式設計難度

執行時間也會增加

* 交換技術：增加正在運作的程式的記憶體(連續配置設定OS負責--程序之間)

方法：将現在等待的程序換出記憶體，為其他運作程序提供空間

換入換出的基本機關是程序：換出與換入

交換的時機：隻有當記憶體不夠/有不夠的可能性的時候

交換區的大小：外存的大小；換入後：采用動态位址映射

* 虛拟存儲技術：每個程序部分裝入，其他部分放外村；

按照需求OS負責将其裝入。【延續非連續配置設定】

*局部性原理：程式執行過程一個比較短的時期，所執行的指令位址和

指令的操作數位址，分别局限在一定的區域；

局部性原理分類

時間局部性：指令執行/資料通路和下次執行/通路都集中在小的時間間隔

這個為虛拟存儲性能提供了前提。

空間局部性：目前指令和臨近的幾條指令，目前通路資料和臨近的資料通路

都集中在一個較小的區域：循環/數組

分支局部性：一條指令的兩次執行，很可能跳轉到相同的實體位置。

可以任務程式的執行集中在某個區域裡面；進而就可以确定将程序的那些指令

放到記憶體裡面。本質就是确定程序常用的指令，将不常用放外存。

注意：局部性原理從理論上保證虛拟存儲技術可以實作。

局部性特征是和程式的結構相關

在編寫程式的時候，盡量編寫可以提高程式局部性的結構

2.虛拟存儲的基本概念

思路：将程式常用加載到記憶體，不常用的放在外存

原理：裝載的時候将需要執行的頁面/段放入記憶體

CPU要通路的不在記憶體的時候，CPU通知作業系統将相應的頁面

加載進記憶體

注意：如果目前的記憶體已滿，就涉OS進行頁面/或段的置換操作

實作方式：虛拟頁式存儲、虛拟段式存儲

虛拟存儲技術基本特征：

* 不連續性：虛拟位址空間使用非連續；實體記憶體配置設定非連續

* 大使用者空間：提供給使用者的虛拟記憶體大于實際記憶體

* 部分交換：對程序部分的頁面進行置換

虛拟存儲的技術支援；

* 硬體：位址映射

* 作業系統提供頁面置換操作

3.虛拟頁式存儲

概念：頁式存儲配置設定+按需調頁+頁面置換算法

思路：當使用者程序加載進記憶體運作，隻裝入部分頁面，就啟動程式運作

在執行的過程中就會出現缺頁異常；作業系統處理該異常；就是進行

頁面裝入/頁面置換。

注意：虛拟頁式存儲頁表項結構

邏輯頁号+通路位+修改位+保護位+駐留位+實體頁幀

駐留位：表示該頁面是否在記憶體中

修改位：表示記憶體中的頁面是否被修改(駐留位有效)

修改過：置換的時候需要寫回外存

未修改過：置換的時候新的頁面直接覆寫該頁面

通路位：表示該頁面是否被通路過：用于頁面置換算法

保護位：表示可以對該頁面進行的操作--讀寫

* CPU通路記憶體--存在三種通路的可能：

頁面已經裝入記憶體，有對應的頁幀，CPU完成操作

非法頁面引用；産生異常

合法頁面引用，但是頁面不再記憶體，把頁面裝入記憶體

注意：假如實體記憶體占滿，需要進行頁面的置換算法。

* 缺頁中斷及響應

引起缺頁面中斷，作業系統相應這個中斷：

# 作業系統查找核心資料結構判斷以下2種情況：

是合法的，但是頁面不再記憶體中

是非法的--程序終止

# 作業系統查找系統核心資料結構，找出一個空閑的頁幀

# 把頁面從外存換入記憶體的空閑的頁幀--頁面置換算法

注意：記憶體已滿，需要判斷換出的頁面是否被修改：

# 更新核心資料結構，更新程序頁表

# 将程序頁表中該項有效位值：定為v

# 缺頁中斷程式傳回

# 重新執行引起中斷的那條指令

隻有程序真正需要的頁面才會被裝入記憶體，不使用就直接放在外存裡面

* 虛拟頁式存儲中的外存管理

應能友善的在外存中找到具體的頁面内容

根據不同類别的頁面選擇存儲的位置

代碼段：可執行的二進制檔案

動态加載的共享程式段：動态調用庫檔案

其他段：交換空間

* 虛拟頁式存儲的性能

有效的存儲通路時間：和缺頁率相關

* 全局置換和局部置換

全局置換：在所有在記憶體的頁面中選擇一個頁面換出

局部置換：僅僅在程序自己所屬的頁面中選擇一個頁面換出