BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN HỆ ĐIỀU HÀNH Đề tài Mô quản lý nhớ hệ điều hành Linux

HaNoi University of Science and Technology Shool of Electronics and Telecomunication BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN HỆ ĐIỀU HÀNH Đề tài: Mô quản lý nhớ hệ điều hành Linux GVHD: TS.Nguyễn Thanh Bình SVTH:  Nguyễn Tất Đạt  Nguyễn Nhật Bằng  Phan Hà Duy 20172455 20172422 20172516 January 11, 2022 MỤC LỤC Mục tiêu chương I: Tìm hiểu lý thuyết 1.1 Bộ nhớ (RAM) 1.1.1 Tổng quan 1.1.2 Swapping 1.1.3 Mơ hình cấp phát khơng liên tục 1.2 Bộ nhớ ảo 10 Demand paging .10 1.2.1 Page Replacement 11 1.2.2 Cấp phát số lượng frame (Allocation of frames): .14 1.2.3 Thrashing 15 CHƯƠNG II: CÀI ĐẶT 16 2.1 Cài đặt FIFO 16 2.2 Cài đặt LRU 17 2.3 Cài đặt process 17 Chương III: Mô 18 3.1 Cấu trúc chương trình 18 3.2 Chạy mô 18 Tài liệu tham khảo .19 DANH MỤC HÌNH ẢNH HÌNH 1.1 MƠ HÌNH PHÂN TRANG HÌNH 1.2 CƠ CHẾ MMU TRONG PAGING HÌNH 1.3 CƠ CHÊ CHUYỂN ĐỔI ĐỊA CHỈ CỦA MMU HÌNH 1.4 MỘT PAGE TABLE CĨ THÊM TRẠNG THÁI MỖI PHẦN TỬ HÌNH 1.5 VÍ DỤ VỀ CHỈA SẺ BỘ NHỚ HÌNH 1.6 QUY TRÌNH XỬ LÝ PAGE FAULT HÌNH 1.7 THUẬT TỐN CƠ HỘI THỨ HÌNH 1.8 MƠ HÌNH WORKING-SET HÌNH 3.1 VÍ DỤ VỀ MÔ PHỎNG 9 10 13 15 18 MỤC TIÊU  Tìm hiểu quản lý nhớ hệ điều hành  Làm quen với hệ điều hành Linux-Ubuntu  Cài đặt thuật tốn quản lý nhớ  Mơ q trình quản lý nhớ mà sử dụng phương pháp quản lý nhớ khác nhau, qua so sánh độ hiệu thuật tốn phương pháp CHƯƠNG I: TÌM HIỂU LÝ THUYẾT Quản lý nhớ chức hệ điều hành xử lý quản lý nhớ di chuyển q trình qua lại nhớ ổ đĩa q trình thực thi. Quản lý nhớ theo dõi vị trí nhớ, nhớ cấp phát cho số quy trình hay chưa sử dụng. Nó kiểm tra lượng nhớ cấp cho tiến trình. Nó định tiến trình ưu tiên chạy trước tiến trình chạy sau. Nó theo dõi trạng thái vùng nhớ nhớ cập nhật lại trạng thái chạy tiến trình 1.1 Bộ nhớ (RAM) 1.1.1 Tổng quan CPU truy câp vào nhớ phụ, ổ đĩa mà truy cập trực tiếp vào nhớ ghi Vì chương trình muốn chạy đươc cần phải truyền liệu chương trình đến vị trí xác định nhớ Các địa chương trình thực thi (dạng exe) địa tương đối, cần chuyển đổi thành địa tuyệt đối nhớ Việc chuyển đổi xảy giai đoạn sau:  Thời điểm biên dịch (complie time): Nếu thời điểm biên dịch, biết vị trí mà tiến trình nạp vào nhớ, trình biên dịch phát sinh mã với địa tuyệt đối Tuy nhiên, sau có thay đổi vị trí chương trình cần phải biên dịch lại chương trình  Thời điểm nạp (load time): Nếu thời điểm nạp, chưa thể biết vị trí mà tiến trình nạp vào nhớ, trình biên dịch phát sinh mã tương đối Khi nạp chương trình vào nhớ, hệ điều hành chuyển địa tương đối thành địa tuyệt đối biết vị trí bắt đầu lưu trữ tiến trình Khi có cố thay đổi vị trí lưu trữ, cần nạp lại chương trình để thực lại việc chuyển đổi địa chỉ, không cần biên dịch lại chương trình  Thời điểm xử lý (execution time): Nếu có nhu cầu di chuyển tiến trình từ vùng nhớ sang vùng nhớ khác trình tiến trình xử lý, việc chuyển đổi địa thực vào lúc tiến trình thực thi Chức chuyển đổi địa phần cứng thực gọi MMU (memory management unit) Xử lý không gian địa  Địa logic: địa CPU tạo ra, gọi địa ảo  Địa lý: địa thực nhớ chính, địa mà memory nhìn thấy, cịn gọi địa tuyệt đối Địa ảo địa vật lý giống lược đồ theo thời gian thời gian biên dịch thời gian tải Địa ảo địa vật lý khác lược đồ theo địa chỉ thời gian xử lý  Không gian địa ảo: tập hợp tất địa ảo tiến trình  Khơng gian địa vật lý: tập hợp tất địa vật lý tương ứng với địa ảo tiến trình 1.1.2 Swapping Swapping chế mà nhớ khơng đủ để cung cấp cho tiến trình, hệ thống tạm thời di chuyển số tiến trình khơng sử dụng từ sang nhớ phụ nhường phần nhớ cho tiến trình cần sử dụng Tại thời điểm sau, hệ thống hoán đổi lại từ nhớ phụ nhớ Cơ chế giúp chạy song song nhiều tiến trình lại làm giảm hiệu suất hoạt động Tổng thời gian thực swap bao gồm thời gian cần thiết để di chuyển tồn q trình sang nhớ phụ sau chép trở lại nhớ với thời gian q trình lấy lại nhớ 1.1.3 Mơ hình cấp phát khơng liên tục  Mơ hình phân trang (Paging): Bộ nhớ vật lý chia thành khối có kích thước cố định frame Không gian địa ảo chia thành khối có kích thước với frame gọi trang (page) Khi tiến trình đưa vào nhớ để xử lý, trang tiến trình cất vào frame cịn trống, tiến trình kích thước N trang cần N khung trang trống Hình 1.1 Mơ hình phân trang  Cấu trúc địa ảo: Để dễ dàng phân tích địa ảo thành số hiệu trang địa tương đối, phần cứng qui định kích thước trang lũy thừa n (9