Chương 3 Quản lý bộ nhớ thuộc bài giảng hệ điều hành có nội dung được chia làm 3 phần: Phần 1 Tổng quan, phần 2 Các chiến lược quản lý bộ nhớ, phần 3 Bộ nhớ ảo. Mời các bạn cùng tham khảo và học tốt.
Hệ điều hành HỆ ĐIỀU HÀNH Phạm Đăng Hải haipd-fit@mail.hut.edu.vn Bộ mơn Khoa học Máy tính Viện Cơng nghệ Thơng tin & Truyền Thông Ngày 22 tháng năm 2012 / 92 Chương 3: Quản lý nhớ Chương Quản lý nhớ / 92 Chương 3: Quản lý nhớ Giới thiệu Mục đích hệ thống máy tính: thực chương trình Chương trình liệu (toàn phần) phải nằm nhớ thực Byte tích cực:Những byte nội dung thực thời điểm quan sát: Phần chương trình chưa đưa vào nhớ lưu nhớ thứ cấp (VD: đĩa cứng )⇒ Bộ nhớ ảo Cho phép lập trình viên không lo lắng giới hạn nhớ vật lý / 92 Chương 3: Quản lý nhớ Giới thiệu Mục đích hệ thống máy tính: thực chương trình Chương trình liệu (tồn phần) phải nằm nhớ thực Byte tích cực:Những byte nội dung thực thời điểm quan sát: Phần chương trình chưa đưa vào nhớ lưu nhớ thứ cấp (VD: đĩa cứng )⇒ Bộ nhớ ảo Cho phép lập trình viên khơng lo lắng giới hạn nhớ vật lý Để s/d CPU hiệu tăng tốc độ đáp ứng hệ thống: Cần luân chuyển CPU thường xuyên tiến trình Điều phối CPU (Phần 3- Chương ) Cần nhiều tiến trình sẵn sàng nhớ Hệ số song song hệ thống: Số tiến trình đồng thời tồn hệ thống / 92 Chương 3: Quản lý nhớ Giới thiệu Mục đích hệ thống máy tính: thực chương trình Chương trình liệu (toàn phần) phải nằm nhớ thực Byte tích cực:Những byte nội dung thực thời điểm quan sát: Phần chương trình chưa đưa vào nhớ lưu nhớ thứ cấp (VD: đĩa cứng )⇒ Bộ nhớ ảo Cho phép lập trình viên khơng lo lắng giới hạn nhớ vật lý Để s/d CPU hiệu tăng tốc độ đáp ứng hệ thống: Cần luân chuyển CPU thường xuyên tiến trình Điều phối CPU (Phần 3- Chương ) Cần nhiều tiến trình sẵn sàng nhớ Hệ số song song hệ thống: Số tiến trình đồng thời tồn hệ thống Tồn nhiều sơ đồ quản lý nhớ khác Nhiều sơ đồ đòi hỏi trợ giúp từ phần cứng Thiết kế phần cứng tích hợp chặt chẽ với HDH / 92 Chương 3: Quản lý nhớ Nội dung / 92 Chương 3: Quản lý nhớ Tổng quan Nội dung Tổng quan Các chiến lược quản lý nhớ Bộ nhớ ảo / 92 Chương 3: Quản lý nhớ Tổng quan 1.1 Ví dụ Tổng quan Ví dụ Bộ nhớ chương trình Liên kết địa Các cấu trúc chương trình / 92 Chương 3: Quản lý nhớ Tổng quan 1.1 Ví dụ Tạo file thực thi dùng ngôn ngữ máy Tạo file thực thi từ nhiều modul / 92 Chương 3: Quản lý nhớ Tổng quan 1.1 Ví dụ Ví dụ 1: Tạo chương trình thực thi dùng ngôn ngữ máy #include char buf[19]={ 0xEB,0x08,0x48,0x65,0x6C, 0x6C,0x6F,0x21,0x24,0x90, 0xB4,0x09,0xBA,0x02,0x01,0xCD,0x21,0xCD,0x20}; int main(int argc, char *argv[]){ int i; FILE * f = fopen("Toto.com","w+"); for(i= 0; i < 19;i++) fprintf(f,"%c",buf[i]); fclose(f); return 0; } / 92 Chương 3: Quản lý nhớ Bộ nhớ ảo 3.2 Giới thiệu Đặt vấn đề Câu lệnh phải nằm nhớ thực ! Tồn chương trình phải nằm nhớ ? Cấu trúc động; cấu trúc Overlays : Nạp phần Đòi hỏi ý đặc biệt từ lập trình viên ⇒Khơng cần thiết Đoạn chương trình xử lý báo lỗi Lỗi xảy tra, thực Phần khai không dùng tới Khai báo ma trận 100x100, sử dụng 10x 10 81 / 92 Chương 3: Quản lý nhớ Bộ nhớ ảo 3.2 Giới thiệu Đặt vấn đề Câu lệnh phải nằm nhớ thực ! Toàn chương trình phải nằm nhớ ? Cấu trúc động; cấu trúc Overlays : Nạp phần Đòi hỏi ý đặc biệt từ lập trình viên ⇒Khơng cần thiết Đoạn chương trình xử lý báo lỗi Lỗi xảy tra, thực Phần khai không dùng tới Khai báo ma trận 100x100, sử dụng 10x 10 Thực c/trình có phần nằm nhớ cho phép Viết chương trình khơng gian địa áo (virtual address space) lớn tùy ý Nhiều chương trình đồng thời tồn ⇒ tăng hiệu suất sử dụng CPU Giảm yêu cầu vào/ra cho việc nạp hốn đổi chương trình 81 / 92 Chương 3: Quản lý nhớ Bộ nhớ ảo 3.2 Giới thiệu Bộ nhớ ảo 82 / Phân tách nhớ logic với nhớ vật lý 92Cài đặt theo kiểu phân trang/phân đoạn Chương 3: Quản lý nhớ Bộ nhớ ảo 3.2 Giới thiệu Nạp phần trang chương trình vào nhớ 83 / 92 Chương 3: Quản lý nhớ Bộ nhớ ảo 3.2 Giới thiệu Xử lý lỗi trang Nếu khơng có frames tự do, phải tiến hành đổi trang 84 / 92 Chương 3: Quản lý nhớ Bộ nhớ ảo 3.2 Các chiến lược đổi trang Bộ nhớ ảo 3.1 Giới thiệu 3.2 Các chiến lược đổi trang 85 / 92 Chương 3: Quản lý nhớ Bộ nhớ ảo 3.2 Các chiến lược đổi trang Các chiến lược FIFO (First In First Out): Vào trước trước OPT/MIN Thuật toán thay trang tối ưu LRU (Least Recently Used): Trang có lần sử dụng cuối cách lâu LFU (Least Frequently used):Tần xuất sử dụng thấp MFU (Most Frequently used): Tần xuất sử dụng cao 86 / 92 Chương 3: Quản lý nhớ Bộ nhớ ảo 3.2 Các chiến lược đổi trang FIFO Ví dụ Nhận xét Hiệu chương trình có cấu trúc tuyến tính Kém hiểu chương trình theo nguyên tắc lập trình cấu trúc Đơn giản dễ thực Dùng hàng đợi lưu trang chương trình nhớ Chèn cuối hàng, Thay trang đầu hàng Tăng trang vật lý, không đảm bảo giảm số lần gặp lỗi trang 87 / 92 Dãy truy nhập: 5 frames: lỗi trang; frames: 10 lỗi trang Chương 3: Quản lý nhớ Bộ nhớ ảo 3.2 Các chiến lược đổi trang OPT ✞ ☎ Nguyên tắc: Đưa trang có lần sử dụng cách xa ✆ ✝ Số lần gặp lỗi trang Khó dự báo diễn biến chương trình 88 / 92 Chương 3: Quản lý nhớ Bộ nhớ ảo 3.2 Các chiến lược đổi trang LRU ✞ ☎ Nguyên tắc: Đưa trang có lần sử dụng cuối cách xa ✆ ✝ Hiệu cho chiến lược thay trang Đảm bảo giảm số lỗi trang tăng số trang vật lý Tập trang nhớ có n frames ln tập trang nhớ có n + frames Y/cầu trợ giúp kỹ thuật để thời điểm truy nhập cuối Cài đặt nào? 89 / 92 Chương 3: Quản lý nhớ Bộ nhớ ảo 3.2 Các chiến lược đổi trang LRU: Cài đặt Bộ đếm Thêm trường ghi thời điểm truy nhập vào phần tử PCB Thêm vào khối điều khiển (C.U) đồng hồ/bộ đếm Khi có yêu cầu truy nhâp trang Tăng đếm Chép nội dung đếm vào trường thời điểm truy nhập phần tử tương ứng PCB Cần có thủ tục cập nhật PCB (ghi vào trường thời điểm) thủ tục tìm kiếm trang có giá trị trường thời điểm nhỏ Hiện tượng tràn số !? Dãy số Dùng dãy số ghi số trang Truy nhập tới trang, cho phần tử tương ứng lên đầu dãy Thay trang: Phần tử cuối dãy Thường cài đặt dạng DSLK chiều phép gán trỏ ⇒ tốn thời gian 90 / 92 Chương 3: Quản lý nhớ Bộ nhớ ảo 3.2 Các chiến lược đổi trang Thuật toán dựa đếm Sử dụng đếm (một trường PCB) ghi nhận số lần truy nhập tới trang 91 / 92 Chương 3: Quản lý nhớ Bộ nhớ ảo 3.2 Các chiến lược đổi trang Thuật toán dựa đếm Sử dụng đếm (một trường PCB) ghi nhận số lần truy nhập tới trang LFU: Trang có đếm nhỏ bị thay Trang truy nhập nhiều đến Trang quan trọng ⇒ hợp lý Trang khởi tạo, dùng giai đoạn đầu ⇒ không hợp lý ⇒Dịch đếm bit (chia đôi) theo thời gian 91 / 92 Chương 3: Quản lý nhớ Bộ nhớ ảo 3.2 Các chiến lược đổi trang Thuật toán dựa đếm Sử dụng đếm (một trường PCB) ghi nhận số lần truy nhập tới trang LFU: Trang có đếm nhỏ bị thay Trang truy nhập nhiều đến Trang quan trọng ⇒ hợp lý Trang khởi tạo, dùng giai đoạn đầu ⇒ không hợp lý ⇒Dịch đếm bit (chia đôi) theo thời gian MFU: Trang có đếm lớn nhât Trang có đếm nhỏ nhất, vừa nạp vào chưa sử dụng nhiều 91 / 92 Chương 3: Quản lý nhớ Kết luận Tổng quan Ví dụ Bộ nhớ chương trình Liên kết địa Các cấu trúc chương trình Các chiến lược quản lý nhớ Chiến lược phân chương cố định Chiến lược phân chương động Chiến lược phân đoạn Chiến lược phân trang Chiến lược kết hợp phân đoạn-phân trang Bộ nhớ ảo 3.1 Giới thiệu 3.2 Các chiến lược đổi trang 92 / 92 .. .Chương 3: Quản lý nhớ Chương Quản lý nhớ / 92 Chương 3: Quản lý nhớ Giới thiệu Mục đích hệ thống máy tính: thực chương trình Chương trình liệu (tồn phần) phải nằm nhớ thực Byte... ứng hệ thống: Cần luân chuyển CPU thường xuyên tiến trình Điều phối CPU (Phần 3- Chương ) Cần nhiều tiến trình sẵn sàng nhớ Hệ số song song hệ thống: Số tiến trình đồng thời tồn hệ thống / 92 Chương. .. quan trọng hệ thống Chương trình phải nằm nhớ để thực 15 / 92 Chương 3: Quản lý nhớ Tổng quan 1.2 Bộ nhớ chương trình Phân cấp nhớ Bộ nhớ tài nguyên quan trọng hệ thống Chương trình phải nằm nhớ