Bài giảng Hệ điều hành - Chương 4: Bộ nhớ ảo (Lương Minh Huấn)

Bài giảng Hệ điều hành - Chương 4: Bộ nhớ ảo (Lương Minh Huấn) có nội dung trình bày về các khái niệm bộ nhớ ảo, phân trang theo yêu cầu, thay thế trang, cấp phát khung trang, trì trệ toàn hệ thống, bộ nhớ thứ cấp, sơ đồ chuyển đổi địa chỉ,... Mời các bạn cùng tham khảo chi tiết nội dung bài giảng!

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SÀI GÒN CHƯƠNG 4: BỘ NHỚ ẢO GV: LƯƠNG MINH HUẤN NỘI DUNG I Các khái niệm II Phân trang theo yêu cầu III Thay trang IV.Cấp phát khung trang V Trì trệ tồn hệ thống I CÁC KHÁI NIỆM ➢Bộ nhớ ảo kỹ thuật cho phép không gian địa logic lớn ánh xạ vào nhớ vật lý nhỏ ➢Bộ nhớ ảo triển khai cách phân trang phân đoạn, phân trang thông dụng ➢Bộ nhớ ảo cho phép chạy tiến trình cực lớn cho phép gia tăng mức độ đa chương được, tăng hiệu suất sử dụng CPU Ngồi ra, giải phóng người lập trình ứng dụng khỏi việc lo lắng khả sẵn có nhớ I CÁC KHÁI NIỆM ➢Ý tưởng: ➢Hai đặc trưng quan trọng kiến trúc phân đoạn phân trang: ▪ Mọi truy xuất vùng nhớ tiến trình chuyển đổi địa lúc thi hành (run-time) => swap-in, swap-out ▪ Một tiến trình phân thành số phần (trang đoạn) không thiết phải nằm liên tục ➢Nếu hai tính chất bảo đảm khơng thiết tất trang phân đoạn phải nằm nhớ lúc thi hành I CÁC KHÁI NIỆM ➢Ưu điểm nhớ ảo: ▪ Số lượng process nhớ nhiều ▪ Một process thực thi kích thước lớn kích thước nhớ ▪ Bộ nhớ tham chiếu địa logic gọi nhớ ảo (virtual memory) • Bao gồm nhớ thực + phần thứ cấp (đĩa cứng, ) • Thơng thường, phần nhớ ảo lưu vùng không gian đặc biệt gọi swap space ▪ Việc chuyển đổi địa có hổ trợ phần cứng I CÁC KHÁI NIỆM ➢Yêu cầu nhớ ảo ➢Phần cứng memory management phải hổ trợ phân trang phân đoạn ➢OS phải quản lý di chuyển trang/ đoạn từ nhớ sang nhớ ảo (bộ nhớ thứ cấp) I CÁC KHÁI NIỆM ➢Vấn đề kết hợp phân trang phân đoạn ➢Nhằm kết hợp ưu điểm giảm bớt khuyết điểm mơ hình phân trang phân đoạn Người ta đưa số mô hình kết hợp như: ▪ Mỗi process có: • Một bảng phân đoạn • Nhiều bảng phân trang: phân đoạn có bảng phân trang I CÁC KHÁI NIỆM ▪ Một địa logic (địa ảo) bao gồm: • Segment number: mục phần tử bảng phân đoạn, phần tử chứa địa sở bảng phân trang phân đoạn • Page number: mục bảng phân trang, dung để tính số frame nhớ thực tương ứng • Offset: dung để định vị vị trí nhớ frame I CÁC KHÁI NIỆM ➢Sơ đồ chuyển đổi địa I CÁC KHÁI NIỆM ➢Quản lý việc chuyển đổi vùng nhớ vùng nhớ phụ: ➢Các sách cần xét: ▪ Chính sách nạp(fetch policy): trang nạp vào nhớ? ▪ Chính sách đặt(placement policy): trang phân đoạn đặt đâu nhớ chính? ▪ Chính sách thay thế(replacement policy): chọn trang đưa khỏi nhớ phụ cần nạp trang vào nhớ chính? THUẬT TỐN Least-recently-used LRU ➢Ý tưởng: ▪ Ghi nhận thời điểm cuối trang truy cập ▪ Thay trang chưa truy cập lâu ➢Dùng khứ gần để dự đoán tương lai ▪ FIFO: thời điểm nạp vào ▪ Tối ưu: thời điểm truy cập THUẬT TOÁN Least-recently-used LRU ➢Các cách cài đặt: ▪ Sử dụng đếm • Mỗi phần tử bảng trang có thành phần ghi nhận thời điểm truy xuất • CPU có đếm, tăng có truy xuất đến nhớ • Cập nhật thời điểm theo đếm • Trang có thời điểm truy xuất nhỏ bị thay THUẬT TOÁN Least-recently-used LRU ▪ Sử dụng stack • Lưu số hiệu trang • Khi trang truy xuất => chuyển số hiệu trang lên đầu stack • Thay trang có số hiệu đáy stack THUẬT TỐN Least-recently-used LRU ➢Ví dụ LRU: process có trang, truy cập lúc trang THUẬT TOÁN Least-recently-used LRU ➢So sánh LRU FIFO THUẬT TỐN Least-recently-used LRU ➢LRU địi hỏi phần cứng hỗ trợ nhiều ▪ Biến đếm ▪ Stack ➢Tìm thuật tốn xấp xỉ LRU THUẬT TỐN XẤP XỈ LRU ➢Có thuật tốn ▪ Sử dụng nhiều bit tham khảo (reference bit) ▪ Cơ hội thứ hai ▪ Cơ hội thứ hai cải tiến ➢Ý tưởng chính: bit tham khảo thêm vào phần tử bảng trang ▪ Ban đầu= ▪ Có truy xuất => THUẬT TOÁN XẤP XỈ LRU ➢Sau chu kỳ qui định trước, kiểm tra bit gán trở lại ➢Biết trang truy xuất gần thứ tự truy xuất IV CẤP PHÁT KHUNG TRANG ➢Mỗi tiến trình cấp phát khung trang? ➢Các hướng tiếp cận: ▪ Cấp phát cố định: • Cấp phát cơng • Cấp phát theo tỉ lệ ▪ Cấp phát theo độ ưu tiên CẤP PHÁT CỐ ĐỊNH ➢ Mỗi tiến trình cấp phát số lượng khung trang cố định từ đầu kết thúc thi hành ➢ Có hướng ▪ Cấp phát cơng • m khung trang, n tiến trình => tiến trình m/n ▪ Cấp phát theo tỉ lệ • Si: kích thước nhớ ảo tiến trình i • S = sum(Si) • m khungtrang • Tiến trình i có: (Si/S)*m khung trang CẤP PHÁT THEO ĐỘ ƯU TIÊN ➢Số khung trang dành cho tiến trình phụ thuộc vào độ ưu tiên tiến trình thời điểm xác định ➢Nếu tiến trình pi phát sinh lỗi trang, chọn khung trang để thay khung trang tiến trình có độ ưu tiên thấp THAY THẾ TOÀN CỤC VÀ THAY THẾ NỘI BỘ ➢Thay tồn cục ▪ Trang “nạn nhân” khung trang hệ thống, khơng thiết phải khung trang tiến trình ➢Thay cục ▪ Trang nạn nhân số khung trang tiến trình ➢Có vẻ thay toàn cục linh hoạt gây hiệu ứng trì trệ hệ thống (thrashing) V TRÌ TRỆ HỆ THỐNG ➢Sự trì trệ (thrashing) tượng tiến trình thường xuyên phát sinh lỗi trang phải dùng nhiều thời gian sử dụng CPU để thực việc thay trang => thời gian dành cho xử lý cơng việc cịn => hệ thống gần khả xử lý công việc ➢Tốc độ phát sinh lỗi trang tăng cao, khơng cơng việc kết thúc tất tiến trình bận rộn với việc thay trang => tình trạng trì trệ tồn hệ thống ➢Ngun nhân tiến trình khơng có đủ khung trang để chứa trang cần thiết cho xử lý cơng việc V TRÌ TRỆ HỆ THỐNG GIẢI PHÁP ➢Để tránh tình trạng trì trệ tồn hệ thống mà trì mức độ đa chương cao, cần phải có giải pháp xác định điều chỉnh mức độ cấp phát khung trang cho tiến trình cho khơng thừa khơng thiếu ➢Hai số giải pháp mơ hình tập làm việc kiểm soát tần suất lỗi trang ... tồn hệ thống I CÁC KHÁI NIỆM ? ?Bộ nhớ ảo kỹ thuật cho phép khơng gian địa logic lớn ánh xạ vào nhớ vật lý nhỏ ? ?Bộ nhớ ảo triển khai cách phân trang phân đoạn, phân trang thông dụng ? ?Bộ nhớ ảo cho... đoạn phải nằm nhớ lúc thi hành I CÁC KHÁI NIỆM ➢Ưu điểm nhớ ảo: ▪ Số lượng process nhớ nhiều ▪ Một process thực thi kích thước lớn kích thước nhớ ▪ Bộ nhớ tham chiếu địa logic gọi nhớ ảo (virtual... xuất vùng nhớ tiến trình chuyển đổi địa lúc thi hành (run-time) => swap-in, swap-out ▪ Một tiến trình phân thành số phần (trang đoạn) không thiết phải nằm liên tục ➢Nếu hai tính chất bảo đảm khơng