Bài giảng môn học "Nguyên lý hệ điều hành - Chương 3: Quản lý bộ nhớ: cung cấp cho người học các kiến thức: Các bước xử lý chương trình, cấu trúc chương trình, quản lý bộ nhớ vật lý, quản lý bộ nhớ theo moddun, quản lý bộ nhớ trong IBM PC,... Mời các bạn cùng tham khảo.
Chương – QUẢN LÝ BỘ NHỚ • • • • • Bộ nhớ tác động nhiều lên độ phức tạp giải thuật, Phải giải v/đ trái ngược nhau: Tiết kiệm nhớ, Tận dụng tối đa nhớ cho phép Phần lớn chương trình: viết ngơn ngữ lập trình: Assembler, VB, JAVA, VC++, • Với người lập trình: CT thực hiên CT ánh xạ từ tên sang giá trị QUẢN LÝ BỘ NHỚ • Với hệ thống: Giá trị Tên biến Địa Quản lý nhớ Quản lý tiến trình Quản lý Processor $1 – CÁC BƯỚC XỬ LÝ CT Lý thuyết chương trình dịch Ph.tích cú pháp + ph tích ngữ nghĩa + Sinh mã + Tối ưu hố CT Tên user’s Tên Mơ đun đích OBJ Hàm địa Hàm tên • I+J • A+B • A+I CÁC BƯỚC XỬ LÝ CT QL Tiến trình Quản lý nhớ QL Processor Mơ đun đích Mơ đun thực COM EXE Biên tập (Link) CT thực Thực KQ Nạp định vị (Fetch) • Vai trò Biên tập (Input/Output), • Khái niệm nhớ lơ gíc CÁC BƯỚC XỬ LÝ CT Tổ chức nhớ lơ gíc? Lơ gíc u hi l th ện ự c M đị a m m tê n Hà Hà od M n ch ỉ tê K us Tên er ’s gian N LI ng Khơ od ul đí ch Bộ nhớ CH T FE Tên Tổ chức nhớ vật lý? Xác lập quan hệ: Như nào? Khi nào? A Chương trình thực Bộ nhớ vật lý $2 – CẤU TRÚC CHƯƠNG TRÌNH • Bộ nhớ lơ gíc: – – – – Khơng gắn với máy tính cụ thể, Khơng giới hạn kích thước, Chỉ chứa mơ đun CT, Chỉ phục vụ lưu trữ, không thực • Quản lý nhớ lơ gíc ~ tổ chức chương trình, • Mỗi cách tổ chức CT cấu trúc CT, • Mọi cấu trúc: sử dụng thực tế CẤU TRÚC CHƯƠNG TRÌNH • Đặc trưng mơ đun đích (Object Modul): chứa thơng tin moduls khác liên quan (các móc nối) kích thước lớn • Nhiệm vụ biên tập (Linked): Giải móc nối • Các loại cấu trúc chính: – – – – – Cấu trúc tuyến tính, Cấu trúc động (Dynamic Structure), Cấu trúc Overlay, Cấu trúc mơ đun, Cấu trúc phân trang • Một chương trình thực chứa nhiều cấu trúc khác CẤU TRÚC CHƯƠNG TRÌNH • A) Cấu trúc tuyến tính: CT biên tập tìm lắp ráp mơ đun thành mô đun nhất, chứa đầy đủ thông tin để thực CT, m0 m1 m2 mn l Cấu trúc tuyến tính • Đặc điểm: – Đơn giản, – Thời gian thực hiện: min, – Lưu động (mobilable) cao, – Tốn nhớ: với liệu có 13% - 17% câu lệnh đóng vai trò tích cực – Khơng dùng chung mơ đun CT B) CẤU TRÚC ĐỘNG • Trong CT nguồn: phải dùng lệnh macro hệ thống để nạp, móc nối, xố (Load, Attach, Delete) mô đun cần thiết, m0 m0 m2 m0 m2 m0 m2 m0 m1 10 E) CHẾ ĐỘ KẾT HỢP MƠ ĐUN – PHÂN TRANG • Bộ nhớ vật lý – phân trang, • CT – cấu trúc mơ đun, • Mỗi mô đun – phân trang: m0 m1 PCB0 m2 m3 PCB2 PCB1 SCB – quản lý PCB PCB3 36 CHẾ ĐỘ KẾT HỢP MÔ ĐUN – PHÂN TRANG SCB = {Phần tử} D Dấu hiệu nạp PCB: - Chưa nạp, - nạp A l Địa nạp PCB Độ dài PCB - Cấp phát nhớ, - Bảo vệ, 37 CHẾ ĐỘ KẾT HỢP MƠ ĐUN – PHÂN TRANG • Thực CT: địa liệu phải biểu diễn dạng nhóm 3: (s, p,d) № Mơ đun offset № trang • • SCB RAM, địa đầu SCB Rs- Segment Register Để đọc /ghi liệu: cần lần truy nhập tới nhớ: * (Rs) + s truy nhập tới phần tử thứ s SCB, ** Khi D = 1: A+d truy nhập tới PCBs SCB, *** Khi Dp = 1: A d truy nhập tới liệu 38 Rs = + 300 300 s p 15 81 532 12314 150 12395 405000 405 + 150 12314 314 315 d PCB 81 405532 RAM RAM Trang 81 RAM 39 $4 - QUẢN LÝ BỘ NHỚ TRONG IBM PC CT ứ ng dụng Phục vụ ệ ut iên cư Mứ Thiết bị ng Nhân ố th QL Files H • Bốn mức ưu tiên (Privilege Levels) thực CT: 3, cao – 0, thấp – • Nguyên tắc nhập: CT quyền truy nhập tới CT liệu CT ưu tiên 40 IBM PC • Bộ nhớ phân phối cho CT - loại: nhớ chung (G) nhớ riêng (L) II I L2 L1 G L3 III 41 IBM PC BỘ NHỚ CƠ SỞ AM 64 KB F E D C B A ROM • chế độ: Chế độ thực (XT) chế độ bảo vệ (AT) • Chế độ Real Mode: 42 Chế độ Protected Mode 3FFF k MCB Bộ nhớ vật lý Index 43 Chế độ Protected Mode • Mỗi khối MCB (Memory Control Block) • Bộ nhớ chung {MCB} GDT (Global Descriptor Table) • Bộ nhớ riêng {MCB} LDT (Local Descriptor Table) • MCB: Bytes/phần tử • Thực CT: GDT RAM, GDTR LDT RAM, LDTR Lệnh: LGDTR, SGDTR, LLDTR, SLDTR 44 MCB Thuộc tính D MCB 286 Dự trữ cho 386 A l l A DPL S E ED W A Accessed System Expansion direction = Descriptor Privilege Level Writable Present Executable d=1 ED P ED = d=1 45 80286 • Địa tuyến tính: 32 bits 13 16 Index TI RPL d Table Indicator Requested Privilege level • Khả năng: – Vật lý: AR – 24 bits – Vph= 224 – = 16MB – Lô gic: Vlg=21321216 – =230 – =1 GB 46 Thuộc tính MCB MCB 386 D S E ED l W d=1 A ED = DPL l 20 bits Bytes A P A Accessed Expansion direction Descriptor Privilege Level Writable = System d=1 ED Present Executable G D 0 47 80386 - PENTUM • G = - Chế độ mơ đun, đơn vị tính kích thước khối – Byte L = 220 = MB • G = - Chế độ phân trang, đơn vị tính kích thước khối – trang (4 KB) L = 220 P = 220212 = 232 = GB • D = - Chế độ liệu 16 bit, • D = - Chế độ liệu 32 bit 48 80386 - PENTUM • Địa tuyến tính: 48 bits 13 Index • Khả năng: Table Indicator 32 TI RPL d Requested Privilege level – Vật lý: AR – 32 bits – Vph= 232 – = 4GB – Lô gic: Vlg=21321232 – =246 – = 26240 – = 64 TB 49 80386 - PENTUM • Chế độ kết hợp mô đun – phân trang: 20 Page Index AVL P P U R D A C W / / P D T S W 12 • Phân phối nhớ: TLB I III RAM Page Directory Page Tables P P P P P II 50 ...QUẢN LÝ BỘ NHỚ • Với hệ thống: Giá trị Tên biến Địa Quản lý nhớ Quản lý tiến trình Quản lý Processor $1 – CÁC BƯỚC XỬ LÝ CT Lý thuyết chương trình dịch Ph.tích cú pháp... liệu: cần lần truy nhập tới nhớ: * (Rs) + s truy nhập tới phần tử thứ s SCB, ** Khi D = 1: A+d truy nhập tới liệu 26 s Rs = + 30 0 15 30 0 4 532 1 235 2 1000 + 16884 1 235 2 1000 31 4 31 5 d Mô đun... hệ với nhớ lơ gíc: nào? – Tình thiếu nhớ? 17 QUẢN LÝ BỘ NHỚ VẬT LÝ • Các chế độ quản lý nhớ vật lý: – Chế độ phân vùng cố định, – Chế độ phân vùng động, – Chế độ mơ đun, – Chế phân trang, • Chế