Chương 4 QUẢN LÝ BỘ NHỚ THỰC
4.3 Phân vùng cho hệ đa chương
4.3.1 Phân vùng cố định
Khái niệm
Bộ nhớ được chia thành n phân vùng cĩ kích thước cố định, các phân vùng cĩ kích thước cố định (các kích thước cĩ thể khác hay bằng nhau). Các tiến trình cĩ nhu cầu bộ nhớ sẽ được lưu trữ trong hàng đợi. Trong việc phân vùng cố định cĩ 2 phương pháp để tổ chức hàng đợi:
• Sử dụng nhiều hàng đợi: Mỗi phân vùng sẽ cĩ một hàng đợi tương ứng,
một tiến trình mới được tạo lập sẽ được đưa vào hàng đợi cĩ kích thước nhỏ nhất đủ để thoả mãn nhu cầu chứa nĩ. Cách sử dụng nhiều hàng đợi gây ra khuyết điểm một số hàng đợi cịn trống, trong khi đĩ các phân vùng u cầu cấp phát bộ nhớ.
•Sử dụng một hàng đợi : Tất cả các tiến trình được đặt vào trong một hàng
đợi duy nhất. Khi cĩ một phân vùng tự do, tiến trình đầu tiên sẽ được đặt vào phân vùng này và cho xử lý. P.Vùng 3 P.Vùng 4 P.Vùng 1 H.Điều hành 500k 200k 100k 0 P.Vùng 3 P.Vùng 4 P.Vùng 1 H.Điều hành 500k 200k 100k 0
Phân vùng nhiều hàng đợi Phân vùng một hàng đợi
Nhận xét:
/
Hệ điều hành
Phần mã và dữ liệu cịn lại trong bộ nhớ chính để thực hiện Gđoạn Khởi động Gđoạn thực hiện Gđoạn đưa ra Vùng Overlay
Phần chương trình để trao đổi bộ nhớ chính và thực
- Nếu kích thước của tiến trình khơng vừa đúng bằng kích thước phân vùng chứa nĩ sẽ gây hiện tượng lãng phí bộ nhớ.
- Mức độ đa chương giới hạn bởi số phân vùng.
Bảo vệ tài nguyên và tái định vị cho hệ đa chương
Trong chế độ đa chương, các chương trình phải được bảo vệ các tài nguyên
dùng chung, các tài nguyên của các chương trình khác nhau khơng được xâm phạm và tái định vị lại bộ nhớ khi một số tiến trình được giải phĩng. Sự tái định vị lại bộ nhớ nhằm cấp phát lại bộ nhớ cho các tiến trình khác. Cĩ 2 phương pháp để giải quyết vấn đề:
- Tái định vị lại thời điểm nạp chương trình tức là cập nhật lại địa chỉ để nạp vào bộ nhớ. Phương pháp này vi phạm nguyên tắc khơng giải quyết được vấn đề bảo vệ vì khơng ngăn cấm được các tiến trình tạo ra để truy xuất một địa chỉ bất kỳ .
- Sử dụng các thanh ghi đặc biệt: Trong phần cứng bổ túc vào các thanh ghi như thanh ghi nền, thanh ghi giới hạn. Tại một thời điểm nhất định CPU sẽ xác định bao nhiêu chương trình đang tồn tại trong bộ nhớ, thanh ghi giới hạn để ngăn chặn vào các địa chỉ đã được bảo vệ. Việc sử dụng thanh ghi nền là cĩ thể di chuyển các chương trình một vị trí mới, chỉ cần nạp lại thanh ghi nền mà khơng cập nhật các địa chỉ tương đối trong chương trình.
P.Vùng 3 P.Vùng 4 P.Vùng 1 H.Điều hành 500k 200k 100k 0 CPU Giới hạn Cao
SỬ DỤNG THANH GHI GIỚI HẠN ĐỂ BẢO VỆ TÀI NGUYÊN
Giới hạn Thấp Số Chương trình 2 c b c b 4.3.2 Phân vùng động Khái niệm
Khi một tiến trình đưa vào, hệ thống cấp phát cho tiến trình một vùng nhớ vừa đủ với kích thước của tiến trình, phần bộ nhớ cịn lại dành cho tiến trình khác. Khi một tiến trình kết thúc, vùng nhớ đã cấp cho nĩ sẽ được giải phĩng và chuẩn bị cấp phát cho một tiến trình khác. Như vậy các vùng nhớ cấp phát là động gọi là phân vùng là động. Các thuật tốn để chọn khối bộ nhớ tự do để cấp phát động cho tiến trình là: First-Fit , Best –Fit và Worst Fit.
Ưu điểm phân vùng động khơng cịn hiện tượng phân mảnh ngoại vi nhưng xuất hiện các khe hở của các tiến trình dẫn đến xuất hiện hiện tượng nội vi. Hiện
tượng này dẫn đến tình huống tổng vùng nhớ trống nhưng khơng liên tục. Vì vậy phải cĩ chiến lược dồn bộ nhớ để đưa về các vùng nhớ liên tục.
A OS A OS B A B OS C B C D OS B D OS D OS E Thời gian Cấp phát cho vùng nhớ cấp phát động Kỹ thuật dồn bộ nhớ Dồn bộ nhớ để kết hợp các mảnh bộ nhớ nhỏ rời rạc thành một vùng nhớ liên
trục. Kỹ thuật này địi hỏi nhiều thời gian xử lý, khối quản lý bộ nhớ MMU tính tốn lại địa chỉ để cĩ thể di chuyển các tiến trình . Kích thước của tiến trình sẽ tăng trưởng đến khi khơng đủ vùng nhớ liên tục để chứa tiến trình. Do đĩ, phải di chuyển tiến trình đến vùng nhớ khác đủ lớn để thoả mãn nhu cầu tăng trưởng hay cấp phát một cách cĩ dự đốn trước một vùng nhớ lớn hơn u cầu của tiến trình.
• Trong chiến lược cấp phát động, để phân
vùng nhớ tự do đúng yêu cầu của tiến trình. Khối MMU phải quản lý các vùng nhớ tự do theo một khối riêng (sơ đồ bit) là một khối xác định địa chỉ cấp phát hay chưa cấp phát vùng nhớ tự do. Một bít trong khối xác định được địa chỉ của khối trong bộ nhớ, nếu cĩ giá trị bằng 0 là khối nhớ ấy là vùng tự do ngược lại cĩ giá trị 1 khối nhớ ấy đã được cấp pháp. Cĩ một phương pháp để quản lý khối tự do là dùng danh sách liên kết để xác định vùng nhớ đã cấp phát hay vùng nhớ tự do.
4.3.3 Phân vùng với kỹ thuật “swapping”
Cũng như kỹ thuật overlay của chế độ đơn chương, một tiến trình đang ở trong trạng thái chờ một thời gian tương đối sẽ được tạm thời chuyển ra bộ nhớ ngồi (swap out) để giải phĩng vùng nhớ chính cho một tiến trình khác hoạt động. Khi tiến trình ban đầu kết thúc việc chờ, nĩ cĩ thể mang lại vào bộ nhớ chính (swap in) để tiếp tục xử lý.
Nhận xét:
- Cĩ thể nâng cao kỹ thuật đa chương vì tăng số lượng tiến trình đồng hành. - Q trình swapping cĩ thể đưa các dữ liệu từ bộ nhớ ngồi vào bộ nhớ
chính cĩ thể dùng lại địa chỉ cũ hay địa chỉ mới do khối MMU cung cấp địa chỉ, để chuẩn bị một quá trình swapping khác .
P1 P2 Vùng nhớ dành cho người dùng Hệ điều hành SWAP OUT SWAP INT Kỹ thuật SWAPPING
- Q trình swapping cĩ thể làm cho việc xử lý tiến trình chậm bởi vì phải trao
đổi dữ liệu từ bộ nhớ ngồi và bộ nhớ chính.
CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP
1. Nêu mục đích quản lý bộ nhớ và trình bày nguyên tắc hoạt động của các sơ đồ quản lý bộ nhớ.
2. Phân biệt phân mảnh ngoại vi và phân mảnh nội vi.
3. Giả sử bộ nhớ được chia thanh phân hoạch cĩ kích thước 600 KB , 500 KB , 200 KB , 300 KB theo thứ tự cho các tiến trình cĩ kích thước là 212 KB ,417 KB ,112 KB và 426 KB sẽ được cấp phát như thế nào nếu sử dụng các thuật tốn First Fit , Best Fit và Worst Fit. Thuật tốn nào ưu việt hơn.
4. Vùng đệm xuất/nhập là gì ? Tại sao thường tổ chức vùng đệm xuất/nhập cho hệ đa chương.
5. So sánh ưu điểm và khuyết điểm giữa phân vùng cố định và phân vùng động.
6. Trình bày kỹ thuật phân vùng swapping và cơ chế bảo vệ với phân vùng này.