操作系统——页面分配策略

发布时间:2024-12-23 13:14

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操作系统——页面分配策略

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Nine98 于 2021-08-31 14:14:11 发布

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操作系统——页面分配策略(驻留集、工作集、置换策略、抖动)

先简述几个名词:

驻留集:一个进程的驻留集指当前在主存中的这个进程的页的集合。工作集:一个进程的工作集指这个进程最近被使用过的页的集合。抖动:又称颠簸,指 刚被调出去的页又马上被调回,调回不久后又被调出。置换策略:固定分配局部置换、可变分配全部置换、可变分配局部置换。 1、驻留集 概念:请求分页存储管理中给进程分配的内存块的集合。(由于采用虚拟存储技术,驻留集的大小一般小于进程的大小)。若驻留集太小,会导致频繁缺页;太大,会导致多道程序并发度降低,资源利用率下降。 2、页面分配、置换策略 ①固定分配:操作系统为每个进程分配一组固定数目大小的物理块。在程序运行过程中,不允许改变。即驻留集大小固定不变。②可变分配:先为每个进程分配一定大小的物理块,在程序运行过程中,可以动态改变物理块的大小。即驻留集大小可变。③局部置换:进程发生缺页时,只能选择当前进程中的物理块进行置换。④全局置换:可以将操作系统进程中保留的空闲物理块分配给缺页进程,还可以将别的进程持有的物理块置换到外存,再将这个物理块分配给缺页的进程。固定分配局部置换:系统为每个进程分配一定数量的内存块(物理块),在整个运行期都不改变。若进程在运行过程中发生了缺页,则只能在本进程的内存页面中选出一个进行调出,再调回需要的页面。 缺点:不好确定一个进程到底应该分配多大的实际内存才合理。 可变分配全局置换:系统为每个进程分配一定数量的内存块。操作系统还会保持一个空闲物理块的队列。若某个进程发生缺页,可以从空闲物理块中取出一块分配给该进程。如果空闲物理块没有了,那么会选择一个未锁定(不那么重要,可能是其它进程的)的页面换出到外存,再将物理块分配给缺页的进程。 缺点:在空闲物理块没有的情况下,如果将其它进程的页面调出外存,那么这个进程就会拥有较小的驻留集,如此会导致该进程的缺页率上升。 可变分配局部置换:刚开始为每个进程分配一定数量的物理块。当进程发生缺页时,只允许从当前进程的物理块中选出一个换出内存。如果当前进程在运行的时候频繁缺页,系统会为该进程动态增加一些物理块,直到该进程缺页率趋于适中程度;如果说一个进程在运行过程中缺页率很低或者不缺页,则可以适当减少该进程分配的物理块。通过这些操作可以保持多道程序的并发度较高。 与 可变分配全局置换 的区别: 可变分配全局置换:只要发生缺页,就会分配新的物理块可变分配局部置换:根据缺页率动态增加或者减少物理块的数量。 3、页面调入的时机 ① 预调页策略:基于局部性原理,一次调入若干个相邻页面可能比一次调入一个页面更有效。 缺点:若调入的若干页面是不会被马上访问的,那么这样效率又会很低。 ② 请求调页策略:只有在进程处于运行期,且发生缺页的时候才会被调入内存。 缺点:缺页时每次只会调入一页,每次从外存到内存的调入都会进行 I/O 操作,因此 I/O 开销较大。 4、从何处调入页面 外存(磁盘)一般分为对换区和文件区,对换区的读写速度较快,且采用连续分配方式;文件区读写速度较慢,采用离散分配方式。① 在系统拥有足够大的对换区空间时,页面的调入、调出都在内存和对换区中进行。(注:在进程运行前,需要将进程相关的数据从文件区复制到对换区)② 当对换区空间不够大时:凡是不会在运行过程中不会被修改的数据就直接从文件区调入(不会被修改,那么到时候就不会再次被写入到磁盘);对于可能会被修改的数据,交换时需要写回对换区,下次从对换区调入。③ Unix系统采用的方式:进程有关的数据都存放在文件区。未使用过的页面都会从文件区调入。被使用的页面在进行置换时放到对换区,下次使用时从对换区调入。 5、页面抖动 概念: 刚刚换出到外存的页面马上要调入内存,刚刚调入内存的页面马上要调出到外存。原因:系统为进程分配的物理块大小不足。内存驻留的进程太多。导致问题:系统会花大量时间进行换入、换出操作,而真正用于进程实际运行的时间大大减少。解决抖动方案:提出工作集。 6、 工作集 概念:在某段时间间隔内,进程实际访问页面的集合。(驻留集是指请求分页管理存储中给进程分配的物理块大小)操作系统根据 窗口尺寸 来计算工作集。 例:某进程的页面访问序列为:24,15,18,23,24,12,17,18,14,18,17,若窗口尺寸为 3 ,那么对于18来说,其工作集就是 24 15 18;对于 12 来说,其工作集为 23 24 12. 工作集的大小可能会小于窗口尺寸。(操作系统会统计某个进程的工作集大小,根据工作集大小为进程分配物理块。一般来说驻留集的大小不能小于工作集大小,否则会导致频繁缺页。)

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