Bài giảng Kiến trúc máy tính và hợp ngữ: Chương 5 - Huỳnh Tổ Hạp

Bài giảng Kiến trúc máy tính và hợp ngữ - Chương 5: Tổ chức bộ nhớ cung cấp cho người học các kiến thức về Bộ nhớ ảo bao gồm: Khái quát, bảo vệ các tiến trình bằng cách dùng bộ nhớ ảo. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.

26/11/2017 Bài Tổ chức nhớ PHẦN BỘ NHỚ ẢO (Virtual Memory) Nguyên lý vận hành nhớ ảo Khái quát Khi độ dài chương trình > dung lượng nhớ, dùng kỹ thuật overlay (với nhớ phụ) Phải QL trình overlay Xác định chế vận chuyển tự động số liệu nhớ nhớ (đĩa từ) Nhiệm vụ: Phân chia không gian nhớ: Khi độ dài chương trình vượt giới hạn dung lượng nhớ Cho phép thực lúc nhiều tiến trình (process) (đa nhiệm), tiến trình có khơng gian định vị riêng Bảo vệ quản lý tự động cấp nhớ: chế tái định vị địa (address relocation) 26/11/2017 Cơ chế phân trang nhớ ảo: Phải có nhớ phụ (đĩa) để chứa tồn chương trình Khơng gian địa ảo chia làm trang (page) có kích thước Khơng gian địa vật lý chia làm khung trang (page frame), kích thước với trang Quản lý bảng trang (page table) Số đề mục số trang ảo Present bit: = 1: trang ảo tương ứng có nhớ Địa chứa trang ảo nhớ phụ Số khung trang trang có nhớ Bộ điều khiển cache CPU Cache Bộ nhớ Hệ điều hành CPU Bộ nhớ ảo Bộ nhớ Bộ nhớ 26/11/2017 Kỹ thuật thiết kế: kiểu Khối có dung lượng cố định gọi trang Định vị trang xác định địa trang, giống định vị cache Khối có chiều dài thay đổi gọi đoạn định vị đoạn cần từ: từ chứa số thứ tự đoạn từ chứa độ dời đoạn Chương trình dịch gặp khó khăn nhiều định vị đoạn Ít máy tính dùng định vị đoạn t Một vài máy dùng cách hỗn hợp gọi đoạn trang Trong đoạn chứa số nguyên trang Câu hỏi 1: Sắp xếp khối (trang) Một khối đặt đâu nhớ trong? Việc trừng phạt nhớ ảo có thất bại, tương ứng với việc phải thâm nhập vào ổ đĩa, chậm nên người ta chọn phương án hoàn toàn phối hợp Các khối (trang) nằm vị trí nhớ Cách cho tỉ lệ thất bại thấp 26/11/2017 Câu hỏi 2: Nhận diện trang Làm để tìm khối nằm nhớ trong? Định vị trang, dựa vào bảng trang, địa nhớ vật lý xác lập cuối việc đặt kề số thứ trang vật lý với địa trang (hình IV.9) Cấu tạo bảng trang Số đề mục số trang ảo, đề mục gồm vùng: Present bit: = 1: trang ảo tương ứng có nhớ Địa chứa trang ảo nhớ phụ Số khung trang trang có nhớ Chuyển địa chỉ: Để tăng tốc việc chuyển địa chỉ, bảng trang chứa ghi 26/11/2017 Định vị đoạn, dựa vào thông tin bảng đoạn, việc kiểm tra tính hợp lệ địa tiến hành Địa vật cuối xác lập cách cộng địa đoạn địa đoạn (độ dời đoạn) (hình IV.10) Câu hỏi 3: Thay trang (Khối phải thay có thất bại trang?) Thay khối dùng gần (LRU: Least Recent Utilized) Câu hỏi 4: Chiến lược ghi (Việc xảy cần ghi số liệu?) Ghi lại Thông tin viết vào khối nhớ Với khối có thay đổi thông tin, chép vào đĩa từ khối bị thay 26/11/2017 Khác biệt khác nhớ cache nhớ ảo Định lượng Ý tưởng chế nhớ ảo: Tách biệt không gian địa nhớ VD: trường địa 16 bit: 64KB với nhớ 4KB (Không gian địa ảo không gian địa vật lý) Định nghĩa ánh xạ từ kh/gian địa vào địa nhớ thực Trong suốt với người lập trình VD: trường địa 13bit: 8KB với nhớ 4KB 26/11/2017 Khác biệt khác nhớ cache nhớ ảo Cơ chế Khi thất bại cache, thay khối cache điều khiển phần cứng, thay nhớ ảo chủ yếu hệ điều hành Không gian định vị mà xử lý quản lý không gian định vị nhớ ảo, lúc dung lượng nhớ cache không tuỳ thuộc vào không gian định vị xử lý Bộ nhớ ngồi cịn dùng để lưu trữ tập tin nhiệm vụ hậu phương nhớ (trong cấp nhớ) Bảo vệ tiến trình cách dùng nhớ ảo Sự xuất đa chương trình (multiprogram) dẫn tới địi hỏi việc bảo vệ phân chia chương trình Tiến trình (process): gồm có chương trình thực tất thông tin cần thiết để tiếp tục thực chương trình Trong đa chương trình, xử lý nhớ nhiều người sử dụng Ln có chuyển đổi từ tiến trình sang tiến trình khác Một tiến trình phải vận hành đắn Nhà thiết kế máy tính phải đảm bảo xử lý lưu giữ trạng thái tiến trình phục hồi trạng thái Nhà thiết kế hệ điều hành phải đảm bảo tiến trình khơng ảnh hưởng lên Chia nhớ cho tiến trình trạng thái tiến trình diện phần nhớ chia cho 26/11/2017 Các nhà thiết kế hệ điều hành phải giúp sức nhà chế tạo máy tính để bảo vệ tiến trình khơng bị ảnh hưởng tiến trình khác Cung cấp hai chế độ vận hành cho biết tiến trình thực tiến trình người sử dụng hay tiến trình hệ thống (của người điều hành) Cung cấp tập hợp trạng thái xử lý mà tiến trình người sử dụng dùng khơng thể sửa đổi Cung cấp chế để chuyển đổi từ chế độ người dùng sang chế độ người điều hành ngược lại Địa mà xử lý đưa phải biến đổi từ địa ảo sang địa vật lý Điều giúp phần cứng xa việc bảo vệ tiến trình Cách đơn giản làm việc cho phép tiến trình người sử dụng tác động lên bit cho phép thâm nhập vào trang hay đoạn Khi xử lý phát tín hiệu đọc (hay viết) tín hiệu người dùng (hay hệ thống) dễ dàng phát việc thâm nhập trái phép nhớ trước việc thâm nhập gây hư hại Các tiến trình bảo vệ có bảng trang riêng cho trỏ đến trang tách rời nhớ ... chứa số thứ tự đoạn từ chứa độ dời đoạn Chương trình dịch gặp khó khăn nhiều định vị đoạn Ít máy tính dùng định vị đoạn tuý Một vài máy dùng cách hỗn hợp gọi đoạn trang Trong đoạn chứa số nguyên... tới địi hỏi việc bảo vệ phân chia chương trình Tiến trình (process): gồm có chương trình thực tất thông tin cần thiết để tiếp tục thực chương trình Trong đa chương trình, xử lý nhớ nhiều người... tốc việc chuyển địa chỉ, bảng trang chứa ghi 26/11/2017 Định vị đoạn, dựa vào thông tin bảng đoạn, việc kiểm tra tính hợp lệ địa tiến hành Địa vật cuối xác lập cách cộng địa đoạn địa đoạn (độ