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时间:2020-09-22
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1、3.6虚拟存储与请求页式存储管理3.6.1虚拟存储器的概念一个认为有的、但实际上不存在的“大”存储器,就被称为“虚拟存储器”。TIP:虚拟存储器的容量由计算机系统的地址结构决定。在虚拟存储管理的系统里,把用户作业的相对地址空间改称为“虚拟地址空间”,里面的地址称为“虚拟地址”。问题:引起下面两个问题的原因是?(1)程序运行时,需要的内容不在内存;(2)调入信息时内存没有未分配的存储区。3.6.2请求分页式存储管理的基本思想作业全部进入辅助存储器,运行时,并不把整个作业程序一起都装入到内存,而只装入目前要用
2、的若干页,其他页仍然保存在辅助存储器里。图3-32请求分页式存储管理示意图问题:一个虚拟地址结构用24个二进制位表示。其中12个二进制位表示页面尺寸。试问这种虚拟地址空间总共多少页?每页的尺寸是多少?3.6.3缺页中断的处理在请求分页式存储管理中,是通过页表表目项中的“缺页中断位”来判断所需要的页是否在内存的。页号块号缺页中断位辅存地址这时的页表表项内容大致如下:例题:(1)内存容量为40KB,被划分成10个存储块,操作系统程序占用第0块。如图(a)所示。(2)内存第1块为系统数据区,里面存放着操作系统运
3、行时所需要的各种表格。请求分页式存储管理的图例缺页中断处理过程练习题:作业在执行中发生了缺页中断,那么经过中断处理后,应该返回执行()指令。A.被中断的前一条B.被中断的那条C.被中断的后一条D.程序的第一条程序运行时的页面走向作业运行时,称一个程序执行过程中页号的变化序列为“页面走向”。一个作业运行的页面走向中涉及到的页面总数为A,其中有F次缺页,必须通过缺页中断把它们调入内存。f为“缺页中断率”:f=F/A问题:产生缺页的原因是什么?影响缺页次数的因素有那些?影响缺页中断次数的因素有以下几种。(1)分
4、配给作业的内存块数(2)页面尺寸(3)程序的实现例题:要把128×128的数组元素初始化为“0”。数组中的每个元素占用一个字。假定页面尺寸为128字,规定数组按行的顺序存放,系统只分配给该作业2个内存块:一个存放程序,另一个用于数组初始化。作业开始运行时,除程序已经在内存块外,数据均未进入。试问下面给出的两个程序在运行时各会发生多少次缺页中断?程序1:main(){inta[128][128];inti,j;for(i=0;i<128;i++)for(j=0;j<128;j++)a[i][j]=0;}程序
5、2:main(){inta[128][128];inti,j;for(j=0;j<128;j++)for(i=0;i<128;i++)a[i][j]=0;}·3.6.4页面淘汰算法“页面淘汰”问题:当时内存中已经没有空闲块可供分配使用,那么就必须在内存中选择一页,然后把它调出内存,以便为即将调入的页面让出块空间。1.先进先出页面淘汰算法先进先出(FIFO)页面淘汰算法其做法是进行页面淘汰时,总是把最早进入内存的页面作为淘汰的对象。图3-28先进先出页面淘汰算法的描述例题:给出某作业的页面走向是4、3、2、
6、1、4、3、5、4、3、2、1、5。运行时,实行FIFO淘汰算法,试就3个内存块和4个内存块的情形,求出各自的缺页中断率,并对结果进行分析。对于FIFO页面淘汰算法,有时增加分配给作业的可用内存块数,它的缺页次数反而上升,通常称为“异常现象”。图3-33FIFO的异常现象2.最近最久未用页面淘汰算法最近最久未用(LRU)页面淘汰算法是检查这些淘汰对象的被访问时间,总是把最长时间未被访问过的页面淘汰出去。例题:在请求分页系统中,假如分配给一个作业的物理块数为3,并且此作业的页面走向为1、2、3、4、1、2、
7、5、1、2、3、4、5。1)请用最近最久未用页面淘汰算法(LRU)缺页率。2)请用先进先出页面淘汰算法(FIFO)缺页率。图3-31最近最久未用(LRU)页面淘汰算法的描述3.最近最少用页面淘汰算法最近最少用(LFU)页面淘汰算法是当要进行页面淘汰时,总是把当前使用得最少的页面淘汰出去。例题:在请求分页系统中,假如分配给一个作业的物理块数为3,并且此作业的页面走向为2、3、2、1、5、2、4、5、3、2、5、2、1。1)请用最近最少使用淘汰算法计算缺页率。2)请用最近最久未用页面淘汰算法(LRU)缺页率。
8、4.最优页面淘汰算法如果已知一个作业的页面走向,那么要进行页面淘汰时,应该把以后不再使用的或在最长时间内不会用到的页面淘汰出去。这样所引起的缺页中断次数肯定最小,这就是所谓的“最优(OPT)页面淘汰算法”。请求分页式存储管理的特点如下:(1)它具有分页式存储管理的所有特点。(2)解决了小内存与大作业的矛盾。分页式存储管理的缺点:平均每一个作业仍要浪费半页大小的存储块,也就是说,请求分页式存储管理会产生内部碎片。总结练习题:1.
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