校园网站规划与建设心得,做网站的公司名称,建筑木工模板承包报价单,建设网站需要哪些步骤虚拟内存管理
虚拟内存的基本概念
传统存储管理方式的特征、缺点
一次性#xff1a; 作业必须一次性全部装入内存后才能开始运行。驻留性#xff1a;作业一旦被装入内存#xff0c;就会一直驻留在内存中#xff0c;直至作业运行结束。事实上#xff0c;在一个时间段内 作业必须一次性全部装入内存后才能开始运行。驻留性作业一旦被装入内存就会一直驻留在内存中直至作业运行结束。事实上在一个时间段内只需要访问作业的一小部分数据即可正常运行这就导致了内存中会驻留大量的、暂时用不到的数据浪费了宝贵的内存资源
局部性原理
高速缓存技术利用的是局部性原理将频繁使用的数据放到更高速的存储器中。
时间局部性如果执行了程序中的某条指令那么不久后这条指令很有可能再次执行;如果某个数据被访问过不久之后该数据很可能再次被访问。(因为程序中存在大量的循环)空间局部性一旦程序访问了某个存储单元在不久之后其附近的存储单元也很有可能被访问。因为很多数据在内存中都是连续存放的)
虚拟内存的定义和特征
基于局部性原理在程序装入时可以将程序中很快会用到的部分装入内存暂时用不到的部分留在外存就可以让程序开始执行。
在程序执行过程中当所访问的信息不在内存时由操作系统负责将所需信息从外存调入内存然后继续执行 若内存空间不够由操作系统负责将内存中那个暂时用不到的信息换出到外存。 在操作系统的管理下在用户看来似乎有一个比实际内存大得多的内存这就是虚拟内存。
虚拟内存有三个主要特征
多次性 无需在作业运行时一次性全部装入内存而是允许被分成多次调入内存。对换性在作业运行时无需一直常驻内存而是允许在作业运行过程中将作业换入、换出。虚拟性从逻辑上扩充了内存的容量使用户看到的内存容量远大于实际的容量。
虚拟内存的实现
虚拟内存的实现需要建立正在离散分配的内存管理方式基础上。
请求分页存储管理请求分段存储管理请求段页式存储管理
不管哪种实现方式都需要硬件技术的支持。一般需要的支持有以下几个方面 1.一定容量的内存和外存 2.页表机制或段表机制作为主要的数据结构 3.中断机构当用户程序要访问的部分尚未调入内存时则产生中断 4.地址变换机构实现逻辑地址到物理地址的变换 请求分页管理方式
请求分页产生内部碎片请求分段产生外部碎片 请求分页系统建立在基本分页系统的基础之上为了支持虚拟存储器功能而增加了请求调页和页面置换功能。在请求分页系统中只要求将当前需要的一部分页面装入内存便可以启动程序运行。
页表机制
请求分页系统的页表机制不同于基本分页系统请求分页系统在一个作业运行之前不要求全部一次性调入内存因此在作业运行过程中必然会出现要访问的页面不在内存中的情况如何发现和处理这种情况是请求分页系统必须解决的两个基本问题。为此在请求页表项中增加了4个字段如下图所示。
缺页中断机构
在请求分页系统中每当要访问的页面不在内存中时便产生一个缺页中断请求操作系统将所缺的页调入内存。此时应将缺页的进程阻塞调页完成唤醒若内存中有空闲块则分配一个块将要调入的页装入该块并修改页表中的相应页表项若此时内存中没有空闲块则要淘汰某页若被淘汰的页在内存期间被修改过则要将其写回外存采用页面置换算法
在指令执行期间而非一条指令执行完后产生和处理中断信号属于内部中断。一条指令在执行期间可能产生多次缺页中断。
地址变换机构
在进行地址变换时先检索快表 若快表中有对应的表项则直接拿到表项中的物理块和页内地址形成物理地址并且在此之前还需要修改快表中的访问位对应的访问字段1、修改位只有该指令是写指令才需要修改 注意一般如果快表命中就只需要修改快表中对应的访问位和修改位就行。没有则需要修改内存中页表的。 为什么 因为快表中有则会走快表中的数据快表被删除则会将该表项数据写回内存的页表可以减少访存的次数 若未找到该页的页表项则应到内存中去查找页表再对比页表项中的状态位P看该页是否已调入内存未调入内存则产生缺页中断请求从外存把该页调入内存。 请求分页中的地址变换过程 页面置换算法
进程运行时若其访问的页面不在内存中而需将其调入但内存已无空闲空间时就需要从内存中调出一页程序或数据送入磁盘的对换区。
选择调出页面的算法就称为页面置换算法。用页面置换算法决定应该换出哪个页面。页面的换入换出需要有磁盘的I/O会有较大的开销因此好的页面置换算法需要追求更少的缺页率。
最佳置换算法OPT
最佳页面置换算法选择的被淘汰页面是以后永不使用的页面或是在最长时间内不再被访问的页面以便保证获得最低的缺页率。但是人们无法预知进程在内存下的若干页面中的哪个是未来最长时间内不再被访问的因为该算法无法实现。
先进先出页面置换算法FIFO
优先淘汰最早进入内存的页面即再内存中驻留时间最久的页面。 FIFO算法还会产生所分配的物理块数增大而页故障数不减反增的异常现象这成为Belady异常。只有FIFO算法可能出现Belady异常。 Belady异常如下图
最近最久未使用置换算法LRU
选择最近最长时间未访问过的页面予以淘汰它认为过去一段时间内未访问过的页面在最近的将来可能也不会被访问。该算法为每个页面设置一个访问字段来记录页面自上次被访问以来所经历的时间t淘汰页面时选择现有页面中值最大的予以淘汰。 缺点该算法的实现需要专门的硬件支持虽然算法的性能好但是实现困难开销大
时钟置换算法CLOCK
最佳置换算法性能最好但无法实现;先进先出置换算法实现简单但算法性能差;最近最久未使用置换算法性能好是最接近OPT算法性能的但是实现起来需要专门的硬件支持算法开销大。
简单的CLOCK算法实现方法 为每个页面设置一个访问位再将内存中的页面都通过链接指针链接成一个循环队列。当某页被访问时其访问位置为1。当需要淘汰一个页面时只需检查页的访问位。如果是o就选择该页换出;如果是1则将它置为0暂不换出继续检查下一个页面若第一轮扫描中所有页面都是1则将这些页面的访问位依次置为o后再进行第二轮扫描第二轮扫描中一定会有访问位为0的页面因此简单的CLOCK算法选择一个淘汰页面最多会经过两轮扫描) 改进型的时钟置换算法 简单的时钟置换算法仅考虑到一个页面最近是否被访问过。事实上如果被淘汰的页面没有被修改过就不需要执行I/O操作写回外存。只有被淘汰的页面被修改过时才需要写回外存。
因此除了考虑一个页面最近有没有被访问过之外操作系统还应考虑页面有没有被修改过。在其他条件都相同时应优先淘汰没有修改过的页面避免I/O操作。这就是改进型的时钟置换算法的思想。修改位0表示页面没有被修改过;修改位1表示页面被修改过。
为方便讨论用访问位修改位的形式表示各页面状态。如11表示一个页面近期被访问过且被修改过。 算法规则:将所有可能被置换的页面排成一个循环队列
这里的访问位为0时并不是说这个页没有被访问过这是相对最近没有被访问过可以被修改过 第一轮:从当前位置开始扫描到第一个(0,0的帧用于替换。本轮扫描不修改任何标志位找到未被访问过且也没有被修改过的这样不需要将该页写入到外存中因为未被修改过 第二轮:若第一轮扫描失败则重新扫描查找第一个0,1的帧用于替换。本轮将所有扫描过的帧访问位设为0 找到未被访问过被修改过的 第三轮:若第二轮扫描失败则重新扫描查找第一个(0,0的帧用于替换。本轮扫描不修改任何标志位找到的第一个00是最近访问过的但是因为页表中目前的都是被访问过的因此都被置为了0且它是没有被修改过的 第四轮:若第三轮扫描失败则重新扫描查找第一个(0,1的帧用于替换。 由于第二轮已将所有帧的访问位设为0因此经过第三轮、第四轮扫描一定会有一个帧被选中因此改进型cLOcK置换算法选择一个淘汰页面最多会进行四轮扫描.
页面分配策略 调入页面的时机
1.预调页策略将预计在不久之后便会被访问的页面预先调入内存。成功率约为50%因此这种策略主要用于进程的首次调入。比如程序的main函数就会用预调页策略 2.请求调页策略进程在运行中需要访问的页面不在内存而提出请求由系统将所需页面调入内存。缺点是每次只调入一页调入、调出页面数多时会花费过多的I/O开销。
从何处调入
抖动
刚刚换出的页面马上又换入主存刚刚换入的页面马上又换出主存这种频繁的页面调度行为称为抖动或颠簸。
抖动发生的主要原因是进程频繁访问的页面数目高于可用的物理页帧数目即分配给进程的物理块不够。
工作集
工作集指在某段时间间隔内进程要访问的页面集合。基于局部性原理可以用最近访问过的页面来确定工作集。
为了防止抖动现象一般来说给进程分配的物理块数即驻留集大小要大于工作集大小。
