第1页：第四章 存储器管理封面
第四章 存储器管理：本页为《计算机操作系统》课件封面，标注课程名称与英文名称 Operating Systems，并列出 WINDOWS、UNIX、LINUX 等常见操作系统类型。
第2页：4.7请求分页存储管理方式
4.7请求分页存储管理方式
- 4.7请求分页存储管理方式4.7.1请求分页中的硬件支持1．页表机制
- 状态位P：用于指示该页是否已调入内存
- 供程序访问时参考
- 访问字段A：供选择换出页面时参考
- 用于记录本页在一段时间内被访问的次数，或记录本页最近已有多长时间未被访问
第3页：请求分页的页表机制
请求分页的页表机制
- 4.7请求分页存储管理方式4.7.1请求分页中的硬件支持1．页表机制
- 修改位M：供置换页面时参考
- 表示该页在调入内存后是否被修改过
- 外存地址
- 用于指出该页在外存上的地址，通常是物理块号
- 供调入该页时参考
第4页：缺页中断机构
缺页中断机构
- 2．缺页中断机构
- 在请求分页系统中，每当所要访问的页面不在内存时，便产生一缺页中断，请求OS将所缺之页调入内存
- 缺页中断同样需要经历：1.保护CPU环境2.分析中断原因3.转入缺页中断处理程序进行处理4.恢复CPU环境
第5页：多次缺页中断的指令
多次缺页中断的指令
- 如：在执行一条指令COPY A TO B时，可能要产生6次缺页中断
- 指令本身跨了两个页面
- A和B又分别各是一个数据块，也都跨了两个页面
第6页：缺页中断与一般中断的区别
缺页中断与一般中断的区别
- 缺页中断
- 缺页中断与一般的中断区别
- (1)缺页中断是在指令执行期间产生和处理中断信号
- 一般中断都是在CPU一条指令执行完后，才检查是否有中断请求到达
- (2)一指令在执行期间，可产生多次缺页中断
- 系统中硬件机构应能保存多次中断时的状态，并保证最后返回到中断前产生缺页中断的指令处继续执行
第7页：请求分页的地址变换机构
请求分页的地址变换机构：3．地址变换机构。
第8页：4.7.2内存分配策略和分配算法
4.7.2内存分配策略和分配算法
- 4.7.2内存分配策略和分配算法1．最小物理块数
- 是指能保证进程正常运行所需的最小物理块数。2．物理块的分配策略3．物理块分配算法
第9页：最小物理块数
最小物理块数
- 当系统为进程分配的物理块数少于此值时，进程将无法运行
- 进程应获得的最少物理块数与计算机的硬件结构有关，取决于指令的格式、功能和寻址方式
- 对于某些功能较强的机器，其指令长度可能是两个或多于两个字节
- 对于这种机器，至少要为每个进程分配6个物理块，以装入6个页面
第10页：物理块的分配策略
物理块的分配策略
- 内存分配策略
- 固定分配
- 可变分配
- 置换策略
- 全局置换
- 局部置换
- 固定分配局部置换
- 可变分配全局置换
- 可变分配局部置换
第11页：物理块分配算法：平均分配
物理块分配算法：平均分配
- 3．物理块分配算法1)平均分配算法
- 将系统中所有可供分配的物理块平均分配给各个进程2)按比例分配算法
- 根据进程的大小按比例分配物理块的算法。3)考虑优先权的分配算法
- 把内存中可供分配的所有物理块分成两部分
- 一部分按比例地分配给各进程
- 另一部分则根据各进程的优先权，适当地增加其相应份额后，分配给各进程
第12页：4.7.3调页策略
4.7.3调页策略
- 4.7.3调页策略1)预调页策略
- 可采用一种以预测为基础的预调页策略
- 将那些预计在不久之后便会被访问的页面预先调入内存
- 主要用于进程的首次调入时，由程序员指出应该先调入哪些页。2)请求调页策略
- 若发现其所在的页面不在内存，便立即提出请求，由OS将其所需页面调入内存
- 在目前的虚拟存储器中大多采用此策略
第13页：4.8页面置换算法
4.8页面置换算法
- 4.8页面置换算法1)最佳页面替换算法OPT
- 通常可保证获得最低的缺页率
- 该算法是无法实现的2)先进先出页面替换算法FIFO3)最近最久未使用置换算法LRU4)时钟页面替换算法
第14页：缺页率与缺页中断率
缺页率与缺页中断率
- 缺页率(缺页中断率)
- 如果作业p在运行中成功的访问次数为s，不成功的访问次数为F，则总的访问次数Ａ为：A=s+F缺页中断率：f = F / A
第15页：最佳替换算法OPT
最佳替换算法OPT
- 所淘汰的页应该是
- 以后不再访问的页
- 或在最长（未来）时间内不再访问的页
第16页：先进先出页面替换算法
先进先出页面替换算法
- 基于程序总是按线性顺序来访问物理空间这一假设
- 淘汰最先调入主存的页，或在主存中驻留时间最长的页
- 只需把一个进程已调入内存的页面，按先后次序链接成一个队列，并设置一个指针，它总是指向最老的页面70224770123001230423032403701203042303211130发生了8次页面置换，缺页次数=11；缺页率=11/14最老的页
第17页：最近最久未使用替换算法LRU
最近最久未使用替换算法LRU
- 最近最久未使用页面替换算法LRU
- 该算法的主要出发点是
- 用“最近的过去”作为“最近的将来”的近似
- 如果某页被访问了，则它可能马上还要被访问
- 当需要淘汰某一页时，选择离当前时间最近的一段时间内最久没有使用过的页先淘汰
- 或者反过来说，如果某页很长时间未被访问，则它在最近一段时间也不会被访问
第18页：LRU算法的硬件支持
LRU算法的硬件支持
- 2．硬件支持
- 须有寄存器或栈的支持：1)寄存器
- 须为每个在内存中的页面配置一个移位寄存器
- 进程访问某物理块时，先将寄存器的Rn－1位设成1
- 定时信号将每隔一定时间将寄存器右移一位
- 若将n位寄存器的数看做是一整数，那么，具有最小数值的寄存器所对应的页面，就是最近最久未使用的页面。R0R1R2R3R4R5R6R70000000000000000011
第19页：LRU算法的栈实现
LRU算法的栈实现：LRU算法实现：栈最新被访问的页。
第20页：缺页计算例题：固定分配（一）
缺页计算例题：固定分配（一）
- 例子--计算缺页中断次数和被淘汰页面
- (1)
- 假设采用固定分配策略，进程分得三个页框,执行中按下列次序引用5个独立的页面: 2 3 2 1 5 2 4 5 3 2 5 2。2 3 2 1 5 2 4 5 3 2 5 223451222233335533242322215252533215245325354251OPTLRU发生了3次页面置换，缺页次数=6；缺页率=6/12发生了4次页面置换，缺页次数=7；缺页率=7/12最新被访问的页
第21页：缺页计算例题：固定分配（二）
缺页计算例题：固定分配（二）：例子--计算缺页中断次数和被淘汰页面。
第22页：时钟页面替换算法
时钟页面替换算法：1、简单的Clock置换算法。
第23页：简单Clock置换算法（一）
简单Clock置换算法（一）
- 简单的Clock置换算法
- （1）1.主存中的任何页面被访问时，其“访问位”置1。2.淘汰页面时
- 从指针当前指向的页面开始扫描循环队列，把所遇到的“访问位”是1的页面的“访问位”清0，跳过这个页面
第24页：简单Clock置换算法（二）
简单Clock置换算法（二）
- 简单的Clock置换算法
- （2）4.扫描循环队列时，如果遇到的所有页面的“访问位”为1，指针就会绕整个循环队列一圈，把碰到的所有页面的“访问位”清0
- 指针停在起始位置，并淘汰掉这一页
第25页：缺页计算例题：Clock算法
缺页计算例题：Clock算法
第26页：4.9请求分段存储管理方式
4.9请求分段存储管理方式
- 与基本分段的最大区别
- 允许部分段运行前不装入
- 可以在运行过程中按需动态调入
- 硬件支持1.段表机制2.缺段中断机构3.地址变换机构
第27页：请求分段的段表机制
请求分段的段表机制
- 1.段表机制
- (1)存取方式：标识本段存取属性(读,执行,读/写)
- (2)访问字段A：用于记录该段被访问的频繁程度
- (3)修改位M：供置换页面时参考
- (4)存在位P：供程序访问时参考
- (5)增补位：用于表示本段在运行过程中是否做过动态增长
- (6)外存始址：指示本段在外存中起始盘块号。外存始址增补位存在位P修改位M访问字段A存取方式段的基址段长段名
第28页：缺段中断机构
缺段中断机构：2．缺段中断机构。
第29页：请求分段的地址变换机构
请求分段的地址变换机构：3．地址变换机构。
第30页：小结（1）：内存管理概念
小结（1）：内存管理概念
- 小结
- （1）
- 内存管理概念
- 程序装入与链接；逻辑地址与物理地址空间
- 交换
- 连续分配管理方式
- 单一连续分配、固定分区分配、动态分区分配
- 伙伴系统、可重定位分配分配
- 非连续分配管理方式
- 分页管理方式；分段管理方式；段页式管理方式
第31页：小结（2）：虚拟内存管理
小结（2）：虚拟内存管理
- 小结
- （2）
- 虚拟内存管理
- 虚拟内存基本概念
- 请求分页管理方式
- 页面分配策略
- 页面置换算法
- 请求分段管理方式
第32页：作业：分页虚存系统地址计算
作业：分页虚存系统地址计算：作业1.在一个分页虚存系统中，用户编程空间32个页面，页长1KB，主存为16KB。如果用户程序有10页长，若已知虚页第0,1,2,3页已分别分配到物理块号为8,7,4,10，试将逻辑地址0AC5H和1AC5H变换为物理地址。2.一个页式存储管理系统使用OPT、LRU和简单Clock页面替换算法，如果一个作业的页面走向为：2、3、2、1、5、2、4、5、3、2、5、2。当分配给该作业的物理块数为3时，试计算访问过程中发生的缺页中断次数和缺页中断率。3 . P15926。
