hyz-os-2013-虚拟存储器.ppt

1 2017 年5月29日星期一北京交通大学计算机学院何永忠操作系统( A) 操作系统( A) 北京交通大学计算机学院何永忠副教授第四章:内存管理 2 2017 年5月29日星期一北京交通大学计算机学院第四章存储器管理 内存管理概述 连续分配存储管理方式 基本分页存储管理方式 基本分段存储管理方式 虚拟存储器概念及关键技术 请求分页存储管理方式 请求分段存储管理方式 3 2017 年5月29日星期一北京交通大学计算机学院常规存储管理问题与对策?要求将一个作业全部装入内存方能运行?一些对内存空间要求超过内存容量的大作业因不能全部装入内存而无法运行?同时有大量作业要求运行,但由于内存容量不足以容纳所有这些作业,则只能将少数作业装入内存首先运行,而将其它大量作业留在外存上等待?解决方法?增加物理内存容量(系统成本和机器条件) ?从逻辑上扩充内存容量=> 虚拟存储技术 4 2017 年5月29日星期一北京交通大学计算机学院一次性全部装入及驻留性问题?作业“一次性”全部装入内存并不必要?许多作业在每次运行时并非用到其全部程序和数据?作业常驻内存存在不合理性?因输入输出操作尚未完成而处于长期等待状态的运行进程或某些一次性运行程序对宝贵内存资源的占据?问题后果?使一些需要运行的作业无法装入运行,从而严重降低内存利用率和减少系统吞吐量 5 2017 年5月29日星期一北京交通大学计算机学院虚拟存储器技术要点?作业部分装入内存即可启动运行?其余部分暂留磁盘?程序执行过程页/段访问机制?已调入内存则直接访问?尚未调入内存则缺页(/段)中断及请求调入再访问?调入时如果内存已满,执行页(/段)置换功能?选择一个页( /段)换出。如果修改过,需要写回磁盘保存。否则不必写回,直接丢弃。?新的页面调入内存后,需要更新页表、快表。?实现目标?大用户程序在小内存空间的运行?多道程序度的提高 6 2017 年5月29日星期一北京交通大学计算机学院虚拟存储器的定义?所谓虚拟存储器,是指仅把作业的一部分装入内存便可运行作业的存储器系统。具体地说,所谓虚拟存储器是指具有请求调入功能和置换功能,能从逻辑上对内存容量进行扩充的一种存储器系统。实际上,用户看到的大容量只是一种感觉,是虚的,故而得名虚拟存储器。虚拟存储器?逻辑容量由内存和外存容量之和所决定,其运行速度接近于内存速度,而每位的成本却又接近于外存。?每位价格?=DRAM 价格+磁盘价格/(DRAM 容量+磁盘容量) ?(同样价格的内存和磁盘,后者的容量大的多!) ?Important measure: Average Access time = (Hit Rate x Hit Time ) + (Miss Rate x Miss Time )8 2017 年5月29日星期一北京交通大学计算机学院局部性原理?程序在执行时将呈现局部性规律,即在一较短时间内,程序的执行仅限于某个部分;相应地,它所访问的内存空间也仅局限于某个区域?程序在大多数情况下的顺序执行特点?过程调用深度及执行轨迹?程序循环结构执行及数据结构操作特点?局部性表现形式?时间局部性(指令执行与数据结构访问) ?空间局部性(存储单元临近访问) Review: Memory Hierarchy ? Take advantage of the principle of locality to: ? Present as much memory as in the cheapest technology ? Provide access at speed offered by the fastest technology Control Datapath Secondary Storage (Disk) Processor Second Level Cache (SRAM) Main Memory (DRAM) 1s 10,000,000s (10s ms) Speed (ns): 10s-100s 100s 100sTs Size (bytes): Ks-Ms Gs Tertiary Storage (Tape) 10,000,000,000s (10s sec) Ts ? Compulsory (cold start): first reference to a block ?“ Cold ” fact of life: not a whole lot you can do about it ? Note: When running “ billions ” of instruction, Compulsory Misses are insignific