Chương IV Quản lý nhớ Mục đích • Sau chương này, sinh viên hiểu khái niệm địa logic địa vật lý thực chương trình Nắm bắt cấu trúc chương trình sơ đồ quản lý hệ điều hành Ngoài sinh viên biết khái niệm nhớ ảo nguyên tắc hoạt động Nội dung • • • • • Các khái niệm Các cấu trúc chương trình Các sơ đồ quản lý nhớ Bộ nhớ ảo Câu hỏi ôn tập I Các khái niệm I.1 Các yêu cầu quản lý nhớ • Quản lý nhớ yêu cầu hàng đầu hệ điều hành • Bộ nhớ tổ chức mảng chiều từ nhớ(word), từ nhớ có địa • Việc trao đổi thông tin với môi trường bên thực thông qua thao tác đọc ghi liệu vào địa cụ thể nhớ I.1 Các yêu cầu quản lý nhớ Hệ điều hành chịu trách nhiệm cấp phát nhớ cho tiến trình có yêu cầu dựa yếu tố sau: • Sự tương thích địa logic địa vật lý: Cách chuyển đổi địa vật lý thành địa logic • QUản lý nhớ vật lý bao gồm: Phân bổ thu hồi không gian nhớ, quản lý không gian tự • Chia sẻ thông tin: cho phép tiến trình chia sẻ không gian nhớ • Bảo vệ nhớ: Ngăn chặn sâm phạm vùng nhớ tiến trình khác I.2 Quá trình gán địa • Để thực chương trình, hệ điều hành cần napf vào nhớ để tạo lập tiến trình tương ứng xử lý • Các địa chương trình nguồn địa tương đối, thực chương trình phải thực chuyển đổi địa tuyệt đối nhớ Các khái niệm • Địa logic-địa tương đối: Là địa hệ thống tạo cấp pháp cho biến dịch chương trình • Địa vật lý-Địa tuyệt đối: Là địa cụ thể nhớ cấp phát cho biến thực chương trình • Bộ nhớ logic: Là tập hợp địa loogic phát sinh dịch chương trình • Bộ nhớ vật lý: tập hợp địa vật lý tương ứng với địa logic thực chương trình Các khái niệm • Chế độ lập trình nhớ thực: Cần xác định trước kích thước nhớ logic không vượt kích thước nhớ vật lý • Chế độ lập trình nhớ ảo: Kích thước nhớ ảo không phụ thuộc vào kích thước nhớ vật lý II Các cấu trúc chương trình • Có nhiều phương pháp tổ chức chương trình nhớ để thực Các chương trình khác kiểu định vị chương trình nhớ thời điểm thực ánh xạ địa tương đối thành địa tuyệt đối • Cấu trúc chương trình thể cách quản lý nhớ logic hình ảnh nhớ vật lý thực Các dạng cấu trúc gồm: Cấu trúc tuyến tính, cấu trúc động, Overlay, phân đoan, phân trang II.1 Cấu trúc tuyến tính • Các modul tập hợp thành chương trình, biến gán địa cụ thể Khi thực cần định vị chương trình lần vào nhớ III.5 Sơ đồ phân trang Hiệu sơ đồ phân trang phụ thuộc vào cách nạp trang thay trang • Các giải pháp nạp trang: – Nạp tất trang chương trình vào nhớ từ đầu – Giải pháp nạp trước: Cho phép người sử dụng tạo chương trình nhớ logic với kích thước tùy ý Do phải dự báo trang cần thiết chuẩn bị sử dụng trình thực III.5 Sơ đồ phân trang – Nạp trang theo yêu cầu: Trang nạp xuất yêu cầu truy cập liệu trang • Các giải pháp thay trang: – Giải pháp đổi vòng đổi ngẫu nhiên – Giải pháp FIFO: Trang nạp trước thay trước – Giải pháp LRU(Last Recently Used): Thay trang có lần đổi cuối thời điểm đổi lâu – Giải pháp LFU(Last Frequently Used): Thay trang có tần suất sử dụng thấp III.6 Sơ đồ kết hợp phân trang phân đoạn • Sơ đồ phân trang đảm bảo hiệu sử dụng nhớ không phụ thuộc vào kích thước chương trình, điều khiển trang thuận lợi đơn giản Tuy nhiên kích thước chương trình lớn, kích thước bảng quản lý trang lớn theo dẫn đến lãng phí nhớ, kích thước trang nhỏ kích thước bảng quản lý trang lớn, kích thước trang lớn số trang nạp giảm tác động đến hiệu sử dụng nhớ III.6 Sơ đồ kết hợp phân trang phân đoạn • Sơ đồ phân đoạn linh hoạt độ dài đoạn nên phức tạp thực cấp phát nhớ • Do vậy, để phát huy ưu điểm hạn chế nhược điểm, người ta thường sử dụng sơ đồ kết hợp phân trang phân đoạn III.6 Sơ đồ kết hợp phân trang phân đoạn • Trong sơ đồ này, chương trình biên dịch theo sơ đồ phân đoạn có bảng quản lý đoạn chung Mỗi đoạn chương trình lại biên tập theo sơ đồ phân trang tạo bảng quản lý trang riêng cho đoạn III.6 Sơ đồ kết hợp phân trang phân đoạn • Mỗi địa truy cập liệu biểu diễn phần tử (s, p, d) đó: – s số hiệu đoạn cần truy cập bảng quản lý đoạn – p số hiệu trang cần truy cập bảng quản lý trang – d địa tương đối tính từ đầu trang III.6 Sơ đồ kết hợp phân trang phân đoạn • Để truy cập liệu, hệ thống thực bước – Bước 1: Lấy nội dung ghi Rs cộng với s truy cập phần tử thứ s bảng quản lý đoạn – Bước 2: Nếu D=0, thực nạp PCB tương ứng, cập nhập nội dung trường A, cộng nội dung trường A với p để truy cập thới phần tử thứ p PCB – Bước 3: Hệ thống ghép nội dung Ap với d để tìm địa đọc ghi liệu IV Bộ nhớ ảo IV Khái niệm nhớ ảo • Bộ nhớ ảo (Virtual memory) kỹ thuật cho phép xử lý chương trình không nạp toàn vào nhớ vật lý Bộ nhớ ảo mô hình hóa nhớ bảng lưu trữ lớn đồng nhất, tách biệt hẳn với khái niệm nhớ logic nhớ vật lý Người sử dụng nhìn thấy làm việc không gian địa ảo, việc chuyển đổi sang nhớ vật lý hệ điều hành thực IV.2 Cài đặt nhớ ảo • Bộ nhớ ảo cài đặt dựa vào hai kỹ thuật: Phân trang theo yêu cầu phân đoạn theo yêu cầu • Kỹ thuật phân trang theo yêu cầu áp dụng phổ biến Sử dụng kỹ thuật phân trang kết hợp với kỹ thuật swapping Yêu cầu có cớ chế phần cứng để phân biệt trang nhớ IV.2 Cài đặt nhớ ảo • Cơ chế bao gồm: – Bảng trang: Phản ánh tình trạng trang nhớ hay nhớ – Bộ nhớ ngoài: Lưu trữ trang không nạp vào nhớ IV.3 Hiện tượng lỗi trang • Khi hệ thống truy xuất đến trang, trang chưa nạp vào nhớ làm phát sinh lỗi trang Hệ điều hành xử lý lỗi theo bước sau: – Bước 1: Kiểm tra truy xuất hợp lệ hay không? Nêu hợp lệ sang bước 2, ngược lại, kết thúc chương trình – Bước 2: Tìm vị trí chứa trang cần truy xuất đĩa từ IV.3 Hiện tượng lỗi trang – Bước 3: Tìm trang vật lý trống nhớ Nếu tìm thấy sang bước Nếu không chọn trang sử dụng chuyển nội dung trang nhớ ngoài, cập nhập bảng quản lý trang tương ứng – Bước 4: Chuyển trang muoosns truy xuất từ nhớ vào nhớ trong, nạp trang cần truy xuất vào trang vật lý trống, cập nhập nội dung bảng quản lý trang – Tái kích hoạt chương trình IV.4 Thay trang • Khi có lỗi trang, hệ thống phải nạp trang thiếu vào nhớ Nếu không trang trống nhớ trong, hệ thống cần thực việc thay trang • Các thuật toán thay trang áp dụng sơ đồ quản lý nhớ kiểu phân trang Câu hỏi ôn tập • Giải thích khác biệt địa vật lý địa logic • Trình bày cấu trúc chương trình? So sánh ưu, nhược điểm cấu trúc • Nêu mục địch viêc quản lý nhớ Trình bày nguyên tắc hoạt động sơ đồ quản lý nhớ Câu hỏi ôn tập • Phân biệt phân mảnh nội vi phân mảnh ngoại vi • Trình bày khái niệm mục đích nhớ ảo • Thế lỗi trang? Trình bày quy trình khắc phục tượng lỗi trang hệ điều hành [...]... kiệm bộ nhớ vẫn phụ thuộc vào các tổ chức và bố trí các modul của chương trình II .4 Cấu trúc phân đoạn • Chương trình được phân đoạn thành các modul độc lập Thông tin về các modul được chứa trong một bảng điều khiển gọi là bảng quản lý đoạn Trong bảng quản lý đoạn còn chứa các thông tin trợ giúp việc định vị các modul vào bộ nhớ • Hệ thống sẽ dựa vào bản quản lý này để nạp các modul cần thiết vào bộ nhớ. .. về các trang được chứa trong bảng điều khiển gọi là bảng quản lý trang Hệ thống sẽ dựa vào bảng này để nạp các trang cần thiết khi thực hiện chương trình II.5 Cấu trúc phân trang • Ưu điểm: Phát huy tốt hiệu quả sử dụng bộ nhớ • Nhược điểm: Chương trình chỉ áp dụng với bộ nhước được quản lý theo kiểu phân trang III Các sơ đồ quản lý bộ nhớ III.1 Sơ đồ phân hoạch cố định • Bộ nhớ được chia thành n phần... đoạn Trong sơ đồ phân trang thì bộ nhớ logic (bộ nhớ chương trình) và bộ nhớ vật lý được chia thành các phần bằng nhau gọi là trang • Các trang được đánh số thứ tự 0, 1, 2, gọi là địa chỉ trang Số trang phụ thuộc vào kích thước trang và kích thước bộ nhớ Còn số trang của bộ nhớ chương trình phụ thuộc vào kích thước chương trình III.5 Sơ đồ phân trang • Mỗi trang được biểu diễn một cặp (p,d) trong. .. đoạn bộ nhớ, do vậy phải sử dụng kỹ thuật dồn bộ nhớ III 4 Sơ đồ phân đoạn • Các modul chương trình được biên dịch một cách riêng biệt Thông tin về các modul được chứa trong một bảng quản lý đoạn (SCB) Mỗi phần tử trong bảng tương ứng với một modul của chương trình và được đặc trưng bởi 3 yếu tố: – Dấu hiệu D: Cho biết modul được nạp vào bộ nhớ hay chưa? (D=0 chưa được nạp) – Địa chỉ A của vùng nhớ. .. hợp để dừng chương trình đang hoạt động + Đưa một số hoặc toàn bộ chương trình đang hoạt động cùng trạng thái của nó ra ngoài bộ nhớ + Tái định vị chương trình và khôi phục trạng thái hoạt động III.3 Sơ đồ hoán đổi (Swapping) • Dựa trên nguyên tắc một chương trình ở trạng thái chờ tương đối dài sẽ tạm thời chuyển ra bộ nhớ ngoài để giải phóng vùng nhớ cấp phát cho chương trình khác Khi chương trình... Tiết kiệm được bộ nhớ, kích thước bộ nhớ không phụ thuộc vào kích thước chương trình • Nhược điểm: Việc nạp và xóa các modul do người sử dụng đảm nhiệm, do đó câu lệnh này phải được nêu ngay trong chương trình nguồn dẫn đến kích thước chương trình lớn, người sử dụng phải nắm ró cấu trúc chương trình và các công cụ điều khiển bộ nhớ của hệ điều hành II.3 Cấu trúc Overlay • Các modul chương trình sau... 3 với 1 để tìm ra phần tử thứ 4 trong SCB, lấy 40 0+03026 để tìm được địa chỉ 0 342 6 truy nhập dữ liệu III 4 Sơ đồ phân đoạn • Ưu điểm: Không đòi hỏi công cụ tổ chức đặc biệt, do vậy nó có thể áp dụng trên mọi hệ thống • Nhược điểm: Hiệu quả sử dụng bộ nhớ phụ thuộc vào cấu trúc chương trình của người sử dụng Bộ nhớ xảy ra hiện tượng phân đoạn, do vậy phải tổ chức lại bộ nhớ III.5 Sơ đồ phân trang •... kích thước chương trình nhở hơn kích thước phần hoạch chứa nó thì bộ hớ còn thừa sẽ không sử dụng được – Chương trình sẽ không thực hiện nếu kích thước nó lớn hơn phân hoạch lớn nhất III.2 Sơ đồ phân hoạch động • Bộ nhớ có một bảng quản lý không gian nhớ tự do thống nhất Khi thực hiện chương trình, hệ thống dựa vào kích thước chương trình để phân bổ không gian nhớ thích hợp tạo thành vùng nhớ độc lập... chép chương trình tới một hệ thống khác • Nhược điểm: Lãng phí bộ nhớ tỉ lệ với kích thước chương trình II.2 Cấu trúc động • Các modul của chương trình được tập hợp một cách riêng biệt Khi thực hiện hệ thống chỉ cần định vị modul gốc Trong quá trình thực hiện, cần tới modul nào thì hệ thống cấp pháp không gian nhớ và nạp tiếp modul đó Khi xong, giải phóng modul khỏi không gian nhớ và thu hồi bộ nhớ. .. Khi thực hiện chương trình, hệ thống xây dựng một bảng quản lý trang để xác lập mối quan hệ giữa trang vật lý và trang logic Mỗi phần tử trong bảng được đặc trưng bởi hai trường tin: – Dấu hiệu D: Cho biết trang đã được nạp vào bộ nhớ hay chưa(D=0 chưa nạp) – Địa chỉ Ap: là địa chỉ trang vật lý chứa trang logic đang xét Nếu D=0 thì Ap phải thêm các thông tin cần thiết để tìm trang ơ bộ nhớ ngoài  ... trúc chương trình Các sơ đồ quản lý nhớ Bộ nhớ ảo Câu hỏi ôn tập I Các khái niệm I.1 Các yêu cầu quản lý nhớ • Quản lý nhớ yêu cầu hàng đầu hệ điều hành • Bộ nhớ tổ chức mảng chiều từ nhớ( word),... địa đọc ghi liệu IV Bộ nhớ ảo IV Khái niệm nhớ ảo • Bộ nhớ ảo (Virtual memory) kỹ thuật cho phép xử lý chương trình không nạp toàn vào nhớ vật lý Bộ nhớ ảo mô hình hóa nhớ bảng lưu trữ lớn đồng... sử dụng Bộ nhớ xảy tượng phân đoạn, phải tổ chức lại nhớ III.5 Sơ đồ phân trang • Là trường hợp đặc biệt sơ đồ phân đoạn Trong sơ đồ phân trang nhớ logic (bộ nhớ chương trình) nhớ vật lý chia