CHƯƠNG 7: BỘ NHỚ CHÍNH Main Memory pptx

CHƯƠNG CHƯƠNG 7: B 7: B Ộ Ộ NH NH Ớ Ớ CH CH Í Í NH NH Main Memory Main Memory 8.2 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2005 Operating System Concepts – 7 th Edition, Feb 22, 2005 N N Ộ Ộ I DUNG I DUNG  Background  Swapping  Cấpphátbộ nhớ kề (Contiguous Memory Allocation)  Phân trang (Paging)  Cấutrúccủabảng trang (Structure of the Page Table)  Phân đoạn (Segmentation)  Ví dụ: Intel Pentium 8.3 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2005 Operating System Concepts – 7 th Edition, Feb 22, 2005 M M Ụ Ụ C TIÊU C TIÊU  Cung cấpmôtả chi tiết các phương pháp tổ chứcphần cứng bộ nhớ.  Thảoluậncáckỹ thuậtquảntrị bộ nhớ bao gồm phân trang, phân đoạn. 8.4 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2005 Operating System Concepts – 7 th Edition, Feb 22, 2005 Background Background  Chương trình phải đượcmang(từđĩa) vào trong bộ nhớ và được sắpxếp bên trong một quá trình để chạy  Chỉ có bộ nhớ chính và các thanh ghi là các lưutrữ mà CPU có thể truy xuấttrựctiếp.  Truy xuất thanh ghi mấtmột xung đồng hồ (hoặcíthơn).  Truy xuấtbộ nhớ chínhcóthể mất nhiềuxungđồng hồ  Cache ở giữabộ nhớ chính và các thanh ghi CPU.  Bộ nhớđòi hỏiphải đượcbảovệđểđảmbảohoạt động đúng. 8.5 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2005 Operating System Concepts – 7 th Edition, Feb 22, 2005 THANH GHI CƠ S THANH GHI CƠ S Ở Ở V V À À THANH GHI GI THANH GHI GI Ớ Ớ I H I H Ạ Ạ N N Base and Limit Registers Base and Limit Registers  Mộtcặp thanh ghi cơ sở và thanh ghi giớihạn xác định không gian địachỉ logic 8.6 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2005 Operating System Concepts – 7 th Edition, Feb 22, 2005 S S Ự Ự G G Ắ Ắ N K N K Ế Ế T C T C Á Á C CH C CH Ỉ Ỉ TH TH Ị Ị & D & D Ữ Ữ LI LI Ệ Ệ U V U V Ớ Ớ I B I B Ộ Ộ NH NH Ớ Ớ  Gắnkết địachỉ chỉ thị và dữ liệuvới địachỉ bộ nhớ xảy ra trong ba giai đoạn khác nhau z Thờigianbiêndịch (compile time): nếuvị trí bộ nhớ đượcb iếttrước, mã tuyệt đối(absolute code) có thể được sinh ra; phảibiêndịch lạinếuvị trí khởi đầuthayđổi. z Thờigiannạp (Load time): phảisinhramãcóthểđịnh vị lại(relocatable code) nếuvị trí bộ nhớ không đượcbiết trước khi biên dịch z Thờigianthựchiện (Execution time): sự gắnkếtbị làm trễđếntậnkhithờigianchạynếuquátrìnhcóthểđượcdi chuyển trong khi thựchiệntừ một đoạnbộ nhớ sang một đoạn khác. Cầnhỗ trợ phầncứng cho các ánh xạđịachỉ (các thanh ghi cơ sở và giớihạn) 8.7 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2005 Operating System Concepts – 7 th Edition, Feb 22, 2005 X X Ử Ử LÝ NHI LÝ NHI Ề Ề U BƯ U BƯ Ớ Ớ C C C C Ủ Ủ A M A M Ộ Ộ T CHƯƠNG T CHƯƠNG TRÌNH NGƯ TRÌNH NGƯ Ờ Ờ I D I D Ù Ù NG NG 8.8 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2005 Operating System Concepts – 7 th Edition, Feb 22, 2005 KHÔNG GIAN Đ KHÔNG GIAN Đ Ị Ị A CH A CH Ỉ Ỉ LOGIC vs LOGIC vs . K . K HÔNG HÔNG GIAN Đ GIAN Đ Ị Ị A CH A CH Ỉ Ỉ V V Ậ Ậ T LÝ T LÝ  Quan niệmcủamột không gian địachỉ logic gắnkếtvớimột không gian địachỉ vậtlýtáchbiệtlàtâmđốivớiquảntrị bộ nhớ z Địachỉ logic (Logical address) – đượcsinhrabởiCPU; cũng đượcthamkhảonhưđịachỉảo. z Địachỉ vật lý (Physical address) – địachỉ được nhìn thấy bởi đơnvị bộ nhớ (memory unit)  Các địachỉ logic và vậtlýlànhư nhau trong các sơđồgắnkết địachỉ thời gian biên dịch và thờigiannạp; các địachỉ logic và vật lý khác nhau trong sơđồgắnkết địachỉ thờigianthựchiện 8.9 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2005 Operating System Concepts – 7 th Edition, Feb 22, 2005 ĐƠN V ĐƠN V Ị Ị QU QU Ả Ả N TR N TR Ị Ị B B Ộ Ộ NH NH Ớ Ớ Memory Memory - - Management Unit ( Management Unit ( MMU MMU ) )  Thiếtbị phầncứng ánh xạđịachỉảovới địachỉ vậtlý  Trong sơđồMMU, giá trị trong thanh ghi tái định vịđượccộng với mỗi địachỉđượcsinhrabởimột quá trình người dùng tạithời điểm nó đượcgửi đếnbộ nhớ.  Chương trình người dùng giao tiếpvớicácđịachỉ logic, không bao giờ nhìn thấycácđịachỉ thực 8.10 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2005 Operating System Concepts – 7 th Edition, Feb 22, 2005 T T Á Á I Đ I Đ Ị Ị NH V NH V Ị Ị Đ Đ Ộ Ộ NG D NG D Ù Ù NG M NG M Ộ Ộ T THANH GHI T THANH GHI T T Á Á I Đ I Đ Ị Ị NH V NH V Ị Ị [...]... – Tổng không gian bộ nhớ đủ để đáp ứng yêu cầu nhưng không kề (gồm những mảnh nhỏ nằm rải rác trong bộ nhớ) Phân mảnh trong (Internal Fragmentation) – Bộ nhớ được cấp phát cho quá trình lớn hơn bộ nhớ được yêu cầu, phần bộ nhớ “dư” trở nên “lãng phí” Giảm sự phân mảnh ngoài bởi “dồn nén” - compaction Dồn nội dung bộ nhớ đã được cấp phát về một phía bộ nhớ, như vậy các “mảnh” nhỏ bộ nhớ tự do sẽ được... Silberschatz, Galvin and Gagne ©2005 Cấp phát kề Bộ nhớ chính thông thường chia thành hai phần: HĐH thường trú, thường được lưu trong bộ nhớ thấp với vector interrupt Các quá trình người dùng được lưu trong bộ nhớ cao Các thanh ghi tái định vị được dùng để bảo vệ các quá trình người dùng Thanh ghi cơ sở (base register) chứa giá trị của địa chỉ vật lý nhỏ nhất (của vùng nhớ được cấp phát) Thanh ghi giới hạn (limit... Galvin and Gagne ©2005 Swapping Một quá trình có thể được hoán chuyển tạm thời ra khỏi bộ nhớ lên lưu trữ ngoài, và sau đó được mang trở lại vào bộ nhớ để tiếp tục thực hiện Lưu trữ ngoài – đĩa nhanh, đủ lớn để chứa được các bản sao của tất cả các ảnh bộ nhớ người dùng; phải cung cấp truy xuất trực tiếp đến các ảnh bộ nhớ này Roll out, roll in – biến thể của swapping được dùng cho các thuật toán lập lịch... gọi là bộ nhớ kết hợp (associative memory or translation look-aside buffers - TLBs) Một vài TLBs lưu bộ định danh không gian địa chỉ - address-space identifiers (ASIDs) trong mỗi đầu vào TLB – xác định duy nhất mỗi quá trình để cung cấp bảo vệ không gian địa chỉ cho quá trình đó Operating System Concepts – 7th Edition, Feb 22, 2005 8.26 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2005 Bộ nhớ kết hợp Bộ nhớ kết... trang Bảng trang được duy trì trong bộ nhớ chính Thanh ghi cơ sở bảng trang - Page-table base register (PTBR) trỏ tới bảng trang Thanh ghi độ dài bảng trang - Page-table length register (PRLR) chỉ ra kích thước của bảng trang Theo sơ đồ này, mỗi truy xuất data/instruction đòi hỏi hai truy xuất bộ nhớ: Một cho bảng trang và một cho data/instruction Vấn đề hai truy xuất bộ nhớ có thể được giải quyết bởi sử... dài đoạn bộ nhớ được cấp phát) MMU ánh xạ địa chỉ logic → vật lý Operating System Concepts – 7th Edition, Feb 22, 2005 8.15 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2005 Bảo vệ bộ nhớ với base register và limit register Operating System Concepts – 7th Edition, Feb 22, 2005 8.16 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2005 Cấp phát kề (Cont.) Cấp phát đa ngăn (multiple-partition allocation) Lỗ (Hole) – khối bộ nhớ sẵn... phân trang Operating System Concepts – 7th Edition, Feb 22, 2005 8.22 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2005 Mô hình phân trang của bộ nhớ logic và bộ nhớ vật lý Operating System Concepts – 7th Edition, Feb 22, 2005 8.23 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2005 Ví dụ phân trang Bộ nhớ 32-byte và kích thước trang 4-byte Operating System Concepts – 7th Edition, Feb 22, 2005 8.24 Silberschatz, Galvin and Gagne... Operating System Concepts – 7th Edition, Feb 22, 2005 8.19 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2005 Phân trang - Paging Bộ nhớ vật lý được chia thành các khối kích thước cố định, được gọi là các khung - frames (kích thước là lũy thừa của 2, thường nằm trong khoảng 512 bytes đến 8,192 bytes) Bộ nhớ logic (của quá trình) được chia thành các khối cùng kích thước, được gọi là các trang - pages Lưu vết tất cả... vào và được thực hiện Phần lớn thời gian swap là thời gian truyền; tổng thời gian truyền tỷ lệ với lượng bộ nhớ được swapped Các phiên bản được sửa đổi được tìm thấy trên nhiều HĐH (UNIX, Linux, và Windows) Hệ thống duy trì một hàng đợi sẵn sàng (ready queue) các quá trình sẵn sàng chạy có ảnh bộ nhớ trên đĩa Operating System Concepts – 7th Edition, Feb 22, 2005 8.13 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2005... số khung từ bảng trang trong bộ nhớ Operating System Concepts – 7th Edition, Feb 22, 2005 8.27 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2005 Phần cứng phân trang với TLB Operating System Concepts – 7th Edition, Feb 22, 2005 8.28 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2005 Thời gian truy xuất hiệu quả Tìm kiếm kết hợp (Associative Lookup) = ε (đơn vị thời gian) Giả sử thời gian chu kỳ bộ nhớ là 1 microsecond Hit ratio . CHƯƠNG CHƯƠNG 7: B 7: B Ộ Ộ NH NH Ớ Ớ CH CH Í Í NH NH Main Memory Main Memory 8.2 Silberschatz, Galvin and Gagne. đồng hồ (hoặcíthơn).  Truy xuấtbộ nhớ chínhcóthể mất nhiềuxungđồng hồ  Cache ở giữabộ nhớ chính và các thanh ghi CPU.  Bộ nhớ òi hỏiphải đượcbảovệđểđảmbảohoạt