操作系统(5.2)--请求分页储存管理模式

约定不等于承诺〃 2024-03-16 17:47 19阅读 0赞

**目录**

请求分页的硬件支持

1.页表机制

2.缺页中断机构

3.地址变换机构

请求分页中的内存分配

1.最小物理块数的确定

2.内存分配策略

3.物理块分配算法(采用固定分配策略时)

页面调度策略

1.何时调入页面

2.从何处调入页面

3.页面调入过程

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### 请求分页的硬件支持 ###

内存、外存、页表机制、缺页中断机构、地址变换机构

#### 1.页表机制 ####

在请求分页系统中所需要的主要数据结构是页表。为支持请求分页，须在页表中再增加若干项，供程序(数据)在换进、换出时参考。在请求分页系统中的每个页表项如下所示:

![2ffcf33773f24d7ae6a46f2cac161df1.png][]

现对其中各字段说明如下:

(1) 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。

(2)访问字段A: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，供选择换出页面时参考。

(3)修改位M:表示该页在调入内存后是否被修改过，供置换页面时参考。

(4)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。

#### 2.缺页中断机构 ####

在请求分页系统中的缺页中断与一般中断区别，主要表现在下面两个方面:

(1) 在指令执行期间产生和处理中断信号。

(2)一条指令在执行期间，可能产生多次缺页中断。

在图中示出的例子，可能要产生6次缺页中断。

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#### 3.地址变换机构 ####

请求分页中的地址变换过程

![68d2ba0bc05dc7fc8db1392f7fe4fc20.png][]

### 请求分页中的内存分配 ###

#### 1.最小物理块数的确定 ####

这里所说的最小物理块数，是指能保证进程正常运行所需的最小物理块数。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。

#### 2.内存分配策略 ####

1）内存分配策略

*  固定分配是指为每个进程分配一固定页数的内存空间，在整个运行期间都不再改变。
 *  可变分配：是指一个进程所拥有的物理块数是不定的，这种分配方式称之为可变分配。

2)页面置换方式

*  全局置换：页面淘汰可以在整个内存空间范围内进行。
 *  局部置换：只在一个进程空间范围内考虑。

由内存分配策略和页面置换方式的不同，可以组合出以下四种策略：

*  固定分配局部置换
 *  固定分配全局置换 不可能
 *  可变分配局部置换
 *  可变分配全局置换

#### 3.物理块分配算法(采用固定分配策略时) ####

1)平均分配算法

这是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

这是根据进程的大小按比例分配物理块的算法。如果系统中共有n个进程，每个进程的页面数为Si，则系统中各进程页面数的总和为：

![8fe6005b1429043ad4ca8d64db71b81d.png][]

又假定系统中可用的物理块总数为m，则每个进程所能分到的物理块数为bi，将有：应该取整，它必须大于最小物理块数。

![40fd0563ce66b681dd09b540061e1574.png][]

3）考虑优先权的分配算法

通常采取的方法是把内存中可供分配的所有物理块分成两部分：①一部分按比例地分配给各进程；②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。在有的系统中，如重要的实时控制系统，则可能是完全按优先权来为各进程分配其物理块的。

### 页面调度策略 ###

#### 1.何时调入页面 ####

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。如果预测较准确，那么，这种策略显然是很有吸引力的。

2）请求调页策略当进程在运行中需要访问某部分程序和数据时，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。

#### 2.从何处调入页面 ####

在请求分页系统中的外存分为两部分：①用于存放文件的文件区和②用于存放对换页面的对换区。通常，由于对换区是采用连续分配方式，而文件区是采用离散分配方式，故对换区的磁盘I/0速度比文件区的高。这样，每当发生缺页请求时，系统应从何处将缺页调入内存，可分成如下三种情况：

(1)从交换区调入

系统拥有足够的对换区空间，这时可以全部从对换区调入所需页面，以提高调页速度。为此，在进程运行前，便须将与该进程有关的文件从文件区拷贝到对换区

(2)从交换区及文件区调入

系统缺少足够的对换区空间，这时凡是不会被修改的文件都直接从文件区调入；而当换出这些页面时，由于它们未被修改而不必再将它们换出，以后再调入时，仍从文件区直接调入。但对于那些可能被修改的部分，在将它们换出时，便须调到对换区，以后需要时，再从对换区调入。

(3)UNIX方式

由于与进程有关的文件都放在文件区，故凡是未运行过的页面，都应从文件区调入。而对于曾经运行过但又被换出的页面，由于是被放在对换区，因此在下次调入时，应从对换区调入。

#### 3.页面调入过程 ####

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4.缺页率

假设一个进程的逻辑空间为n页，系统为其分配的内存物理块数为m(m≤n)。如果在进程的运行过程中，访问页面成功(即所访问页面在内存中）的次数为S，访问页面失败（即所访问页面不在内存中，需要从外存调入)的次数为F，则该进程总的页面访问次数为A=S+F，那么该进程在其运行过程中的缺页率即为：

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影响缺页率的因素：

*  页面大小
 *  进程所分配物理块的数目
 *  页面置换算法
 *  程序固有特性

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