V i m i ti n trình, c n ph i c p phát m t s khung trang t i thi u nào ó ti n trình có th ho t ng. S khung trang t i thi u này c quy nh b i ki n trúc c a c a m t ch th .Khi m t l i trang x y ra tr c khi ch th hi n hành hoàn t t, ch th ó c n c tái kh i ng, lúc ó c n có các khung trang n p t t c các trang mà m t ch th duy nh t có th truy xu t.
S khung trang t i thi u c qui nh b i ki n trúc máy tính, trong khi s khung trang t i a c xác nh b i dung l ng b nh v t lý có th s d ng.
Các thu t toán c p phát khung trang
Có hai h ng ti p c n: C p phát c nh:
C p phát công b ng: n u cóm khung trang vàn ti n trình, m i ti n trình c c pm /n khung trang.
C p phát theo t l : tùy vào kích th c c a ti n trình c p phát s khung trang :
si= kích th c c a b nh o cho ti n trìnhpi
S= Σsi
m= s l ng t ng c ng khung trang có th s d ng
C p phátai khung trang cho ti n trìnhpi:ai = (si /S)m
C p phát theo u tiên : s d ng ý t ng c p phát theo t l , nh ng nh ng s l ng khung trang c p cho ti n trình ph thu c vào u tiên c a ti n trình, h n là ph thu c kích th c ti n trình:
N u ti n trìnhpi phát sinh m t l i trang, ch n m t trong các khung trang c a nó thay th , ho c ch n m t khung trang c a ti n trình khác v i u tiên th p h n thay th .
Thay th trang toàn c c hay c c b
Thay th toàn c c: khi l i trang x y ra v i m t ti n trình , ch n trang « n n nhân » t t p t t c các khung trang trong h th ng, b t k khung trang ó ang c c p phát cho m t ti n trình khác.
Thay th c c b : yêu c u ch c ch n trang thay th trong t p các khung trang c c p cho ti n trình phát sinh l i trang.
M t khuy t m c a thu t toán thay th toàn c c là các ti n trình không th ki m soát c t l phát sinh l i trang c a mình. Vì th , tuy thu t toán thay th toàn c c nhìn chung cho phép h th ng có nhi u kh n ng x lý h n, nh ng nó có th d n h th ng n tình tr ngtrì tr toàn b (thrashing).
3.5.3.1. Trì tr toàn b h th ng (Thrashing)
N u m t ti n trình không có các khung trang ch a nh ng trang c n thi t cho x lý, thì nó s th ng xuyên phát sinh các l i trang , và vì th ph i dùng n r t nhi u th i gian s d ng CPU th c hi n thay th trang. M t ho t ng phân trang nh th c g i làs trì tr ( thrashing). M t ti n trình lâm vào tr ng thái trì tr n u nó s d ng nhi u th i gian thay th trang h n là x lý !
Hi n t ng trì tr này nh h ng nghiêm tr ng n ho t ng h th ng, xét tình hu ng sau : H u hành giám sát vi c s d ng CPU.
N u hi u su t s d ng CPU quá th p, h u hành s nâng m c a ch ng b ng cách a thêm m t ti n trình m i vào h th ng.
H th ng có th s d ng thu t toán thay th toàn c c ch n các trang n n nhân thu c m t ti n trình b t k có ch n p ti n trình m i, có th s thay th c các trang c a ti n trình ang x lý hi n hành.
Khi có nhi u ti n trình trong h th ng h n, thì m t ti n trình s c c p ít khung trang h n, và do ó phát sinh nhi u l i trang h n.
Khi các ti n trình phát sinh nhi u l i trang , chúng ph i tr i qua nhi u th i gian ch các thao tác thay th trang hoàn t t, lúc ó hi u su t s d ng CPU l i gi m
H u hành l i quay tr l i b c 1...
Theo k ch b n trên ây, h th ng s lâm vào tình tr ng lu n qu n c a vi c gi i phóng các trang c p phát thêm khung trang cho m t ti n trình, và các ti n trình khác l i thi u khung trang...và các ti n trình không th ti p t c x lý. ây chính là tình tr ngtrì tr toàn b h th ng. Khi tình tr ng trì tr này x y ra, h th ng g n nh m t kh n ng x lý, t c phát sinh l i trang t ng cao kh ng khi p, không công vi c nào có th k t thúc vì t t c các ti n trình u b n r n v i vi c phân trang !
ng n c n tình tr ng trì tr này x y ra, c n ph i c p cho ti n trình các khung trang c n thi t ho t ng. V n c n gi i quy t là làm sao bi t c ti n trình c n bao nhiêu trang?
Mô hình c c b ( Locality): theo lý thuy t c c b , thì khi m t ti n trình x lý, nó có khuynh h ng di chuy n t nhóm trang c c b này n nhóm trang c c b khác . M t nhóm trang c c b là m t t p các trang ang c ti n trình dùng n trong m t kho ng th i gian. M t ch ng trình th ng bao g m nhi u nhóm trang c c b khác nhau và chúng có th giao nhau.
3.5.3.1.1. Mô hình « t p làm vi c » (working set)
Mô hình working set t c s trên lý thuy t c c b . Mô hình này s d ng m t tham s ∆ , nh ngh a m t c a s choworking set. Gi s kh o sát∆ n v th i gian (l n truy xu t trang) cu i cùng, t p các trang c ti n trình truy xu t n trong ∆ l n truy c p cu i cùng này c g i làworking set
c a ti n trình t i th i m hi n t i. N u m t trang ang c ti n trình truy xu t n, nó s n m trong working set, n u nó không c s d ng n a , nó s b lo i ra kh i working set c a ti n trình sau∆ n v th i gian k t l n truy xu t cu i cùng n nó. Nh v y working set chính là m t s x p x c a khái ni m nhóm trang c c b .
Hình 2.30Mô hình working set
M t thu c tính r t quan tr ng c a working set là kích th c c a nó. N u tính toán kích th c working set, WSSi, cho m i ti n trình trong h th ng, thì có th xem nh :
D =Σ WSSi
v i D là t ng s khung trang yêu c u cho toàn h th ng. M i ti n trình s d ng các trang trong working set c a nó, ngh a là ti n trìnhi yêu c uWSSikhung trang. N u t ng s trang yêu c u v t quá t ng s trang có th s d ng trong h th ng (D > m), thì s x y ra tình tr ng trì tr toàn b .
S d ng:
H u hành giám sát working set c a m i ti n trình và c p phát cho ti n trình t i thi u các khung trang ch a working set c a nó. Nh v y m t ti n trình m i ch có th c n p vào h th ng khi có khung trang t do cho working set c a nó. N u t ng s khung trang yêu c u c a các ti n trình trong h th ng v t quá các khung trang có th s d ng, h u hành ch n m t ti n trình t m d ng, gi i phóng b t các khung trang cho các ti n trình khác hoàn t t.
Chi n l c working set ã lo i tr c tình tr ng trì tr trong khi v n m b o m c a ch ng c a h th ng là cao nh t có th , cho phép s d ng t i u CPU.
i m khó kh n c a mô hình này là theo v t c a các working set c a ti n trình trong t ng th i m. Có th x p x mô hình working set v i m t ng t ng h sau t ng chu k nh t nh và m t bit reference:
phát sinh m t ng t ng h sau t ng T l n truy xu t b nh .
khi x y ra m t ng t ng h , ki m tra các trang có bit reference là 1, các trang này c xem nh thu c v working set.
M t h th ng s d ng k thu t phân trang theo yêu c u thu n túy (m t trang không bao gi c n p tr c khi có yêu c u truy xu t) l m t c m khá b t l i : m t s l ng l n l i trang x y ra khi kh i ng ti n trình. Tình tr ng này là h u qu c a khuynh h ng t t i vi c a nhóm trang c c b vào b nh . Tình tr ng này c ng có th x y ra khi m t ti n trình b chuy n t m th i ra b nh ph , khi
c tái kích ho t, t t c các trang c a ti n trình ã c chuy n lên a ph i c mang tr l i vào b nh , và m t lo t l i trang l i x y ra. ng n c n tình hình l i trang x y ra quá nhi u t i th i m kh i
ng ti n trình, có th s d ng k thu t ti n phân trang (prepaging) : n p vào b nh m t l n t t c các trang trong working set c a ti n trình.
3.5.3.2. T n su t x y ra l i trang
Ti p c n:T n su t l i trang r t cao khi n tình tr ng trì tr h th ng có th x y ra. Khi t n su t l i trang quá cao, ti n trình c n thêm m t s khung trang.
Khi t n su t l i trang quá th p, ti n trình có th s h u nhi u khung trang h n m c c n thi t.
Có th thi t l p m t giá tr ch n trên và ch n d i cho t n su t x y ra l i trang, và tr c ti p c l ng và ki m soát t n su t l i trang ng n ch n tình trang trì tr x y ra :
N u t n su t l i trang v t quá ch n trên, c p cho ti n trình thêm m t khung trang N u t n su t l i trang th p h n ch n d i, thu h i b t m t khung trang t ti n trình
Tóm t t
Các k thu t h tr các mô hình t ch c b nh hi n i :
Swapping : s d ng thêm b nh ph l u tr t m các ti n trình ang b khóa, nh v y có th t ng m c a ch ng c a h th ng v i c u hình máy có dung l ng b nh chính th p.
B nh o: s d ng k thu t phân trang theo yêu c u, k t h p thêm k thu t swapping m r ng b nh chính. Tách bi t không gian a ch và không gian v t lý, nh ó có th x lý các ch ng trình có kích th c l n h n b nh v t lý th t s
Khi cài t b nh o, ph i s d ng m t thu t toán thay th trang thích h p ch n các trang b chuy n t m th i ra b nh ph , dành ch trong b nh chính cho trang m i. Các thu t toán thay th th ng s d ng là FIFO, LRU và các thu t toán x p x LRU, các thu t toán th ng kê NFU, MFU...
Khi m c a ch ng t ng cao n m t ch ng m c nào ó, h th ng có th lâm vào tình tr ng trì tr do t t c các ti n trình u thi u khung trang. Có th áp d ng mô hình working set dành cho m i ti n trình các khung trang c n thi t t i m t th i m, t ó có th ng n ch n tình tr ng trì tr x y ra.