操作系统原理-第4章-存储管理-请求分页系统教学内容.ppt

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1、操作系统原理-第4章-存储管理-请求分页系统4.7.1请求分页的硬件支持状态位（中断位）：标识该页是否在内存（0或1）；访问位：标识该页面的近来的访问次数或时间（换出）；修改位：标识此页是否在内存中被修改过；外存地址：记录该页面在外存上的地址，即(外存而非内存的)物理块号。页号状态位物理块号外存地址访问位修改位1、页表机制程序在执行时，首先检查页表，当状态位指示该页不在主存时，则引起一个缺页中断发生，其中断执行过程与一般中断相同：保护现场（CPU环境）；中断处理（中断处理程序装入页面）；恢复现场，返回断点继续执行

2、。2.缺页中断机构缺页中断与一般中断的不同点：一般中断是一条指令完成后检查是否有中断缺页中断是在指令执行期间产生和处理中断，一条指令执行时可能产生多个缺页中断(如指令可能访问多个内存地址，这些地址在不同的页中)。相应的中断处理程序把控制转向缺页中断子程序。执行此子程序，即把所缺页面装入主存。然后处理机重新执行缺页时打断的指令。这时，就将顺利形成物理地址。缺页中断的处理过程是由硬件和软件共同实现的。缺页中断引发的连续中断4.7.2内存分配策略和分配算法1．最小物理块数的确定这里所说的最小物理块数，是指能保证进程正常

3、运行所需的最小物理块数。当系统为进程分配的物理块数少于此值时，进程将无法运行。进程应获得的最少物理块数与计算机的硬件结构有关，取决于指令的格式、功能和寻址方式。2．物理块的分配策略1)固定分配局部置换(FixedAllocation，LocalReplacement)为每个进程分配一定数目的物理块，在整个运行期间都不再改变。采用该策略时，如果进程在运行中发现缺页，则只能从该进程在内存的n个页面中选出一个页换出，然后再调入一页，以保证分配给该进程的内存空间不变。实现这种策略的困难在于：应为每个进程分配多少个物理块难

4、以确定。若太少，会频繁地出现缺页中断，降低了系统的吞吐量；若太多，又必然使内存中驻留的进程数目减少，进而可能造成CPU空闲或其它资源空闲的情况，而且在实现进程对换时，会花费更多的时间。2)可变分配全局置换(VariableAllocation，GlobalReplacement)这可能是最易于实现的一种物理块分配和置换策略，已用于若干个OS中。在采用这种策略时，先为系统中的每个进程分配一定数目的物理块，而OS自身也保持一个空闲物理块队列。当某进程发现缺页时，由系统从空闲物理块队列中取出一个物理块分配给该进程，并将

5、欲调入的(缺)页装入其中。这样，凡产生缺页(中断)的进程，都将获得新的物理块。仅当空闲物理块队列中的物理块用完时，OS才能从内存中选择一页调出，该页可能是系统中任一进程的页，这样，自然又会使那个进程的物理块减少，进而使其缺页率增加。3)可变分配局部置换(VariableAllocation，LocalReplacement)为每个进程分配一定数目的物理块，但当某进程发现缺页时，只允许从该进程在内存的页面中选出一页换出，这样就不会影响其它进程的运行。如果进程在运行中频繁地发生缺页中断，则系统须再为该进程分配若干附加

6、的物理块，直至该进程的缺页率减少到适当程度为止；反之，若一个进程在运行过程中的缺页率特别低，则此时可适当减少分配给该进程的物理块数，但不应引起其缺页率的明显增加。3．物理块分配算法1)平均分配算法这是将系统中所有可供分配的物理块平均分配给各个进程。例如，当系统中有100个物理块，有5个进程在运行时，每个进程可分得20个物理块。这种方式貌似公平，但实际上是不公平的，因为它未考虑到各进程本身的大小。如有一个进程其大小为200页，只分配给它20个块，这样，它必然会有很高的缺页率；而另一个进程只有10页，却有10个物理块

7、闲置未用。2)按比例分配算法这是根据进程的大小按比例分配物理块的算法。如果系统中共有n个进程，每个进程的页面数为Si，则系统中各进程页面数的总和为：又假定系统中可用的物理块总数为m，则每个进程所能分到的物理块数为bi，将有：b应该取整，它必须大于最小物理块数。3)考虑优先权的分配算法在实际应用中，为了照顾到重要的、紧迫的作业能尽快地完成，应为它分配较多的内存空间。通常采取的方法是把内存中可供分配的所有物理块分成两部分：一部分按比例地分配给各进程；另一部分则根据各进程的优先权，适当地增加其相应份额后，分配给各进程。

8、在有的系统中，如重要的实时控制系统，则可能是完全按优先权来为各进程分配其物理块的。4.7.3调页策略1．调入页面的时机1)预调页策略如果进程的许多页是存放在外存的一个连续区域中，则一次调入若干个相邻的页，会比一次调入一页更高效些。但如果调入的一批页面中的大多数都未被访问，则又是低效的。可采用一种以预测为基础的预调页策略，将那些预计在不久之后便会被访问的页面预先调入内存。如