حافظه مجازی ۳

حافظه مجازی ۳

اسلاید 1: حافظه مجازی

اسلاید 2: ساختار های سخت افزاری و کنترل:صفحه بندی و قطعه بندی، کلید پیشرفت مدیریت حافظه اند:کلیه مراجعات یک فرایند به حافظه، آدرسهای منطقی هستند که به صورت پویا، در زمان اجرا به آدرس فیزیکی ترجمه می شوند.فرایند ممکن است به داخل و خارج حافظه مبادله شود، بنابراین ممکن است بخشهای مختلفی از حافظه را اشغال کند.ممکن است برنامه به بخش های تقسیم شود، که نیاز نیست به صورت پیوسته در حافظه قرار گیرند.برای اجرای فرایند نیاز به لود شدن تمام بخشهای فرایند نیست.

اسلاید 3: اجرای برنامه:سیستم عامل، بخشی از فرایند را به حافظه اصلی بار می کند.مجموعه مقیم: بخشی از فرایند که در حافظه است.زمانی که پردازنده به آدرس منطقی نیاز دارد که در حافظه وجود ندارد، وقفه ای به معنای خطای دسترسی به حافظه تولید می کند.سیستم عامل، فرایند وقفه خورده را مسدود می کند و کنترل را بدست می گیرد.

اسلاید 4: اجرای برنامه:سیستم عامل آن قسمت از فرایند که تولید کننده خطای حافظه است را را بداخل حافظه اصلی لود می کند.سیستم عامل یک درخواست خواندن به دیسک صادر می کند.در حین عمل I/O سیستم عامل فرایند دیگری را اجرا می کند.زمانی که عمل I/O کامل شد، یک وقفه ورودی/خروجی صادر می شود و موجب می شود فرایند مسدود به حالت آماده تغییر حالت دهد.

اسلاید 5: مزایای تقسیم فرایند:فرایند های بیشتری می توانند در حافظه نگه داشته شوند.تنها بخشی از فرایند به حافظه لود می شود.با داشتن فرایندهای بیشتر در حافظه اصلی احتمال وجود فرایند آماده به اجرا بیشتر می شود و این موجب افزایش کارایی پردازنده می شود.فرایند می تواند از حافظه بزرگتر باشد.

اسلاید 6: انواع حافظه:حافظه حقیقی:حافظه اصلیحافظه مجازی:حافظه روی دیسکچند برنامگی را بصورت مؤثرتری ممکن می سازد و کاربر را از محدودیت های حافظه اصلی رها می کند.

اسلاید 7: کوبیدگی:اگر سیستم عامل تکه ای را دقیقاً قبل از اینکه به کار گرفته شود خارج کند، با فاصله کمی باید آنرا به داخل بیاورد.با اجرای زیاد این عمل پردازنده بیشتر وقت خود به جای اجرای برنامه صرف مبادله تکه ها می کند، به این عمل کوبیدگی می گویند.

اسلاید 8: حمایت های لازم برای حافظه مجازی سخت افزار، باید از صفحه بندی و قطعه بندی حمایت کند.سیستم عامل، باید قادر به مدیریت انتقال صفحه ها و یا قطعه ها بین حافظه ثانویه و حافظه مجازی باشد.

اسلاید 9: صفحه بندی:هر فرایند، جدول صفحه مخصوص به خود دارد.هر ورودی مدخل صفحه شامل شماره قاب متناظر با صفحه داخل حافظه اصلی است.بیت حضور وجود صفحه در حافظه اصلی را نشان می دهد.

اسلاید 10: صفحه بندی:

اسلاید 11: بیت اصلاح در جدول صفحه:این بیت مبین تغییر محتوای یک صفحه پس از آخرین لود شدن در حافظه اصلی است.اگر هیچ تغییری در صفحه انجام نشده باشد، نیازی به نوشتن صفحه روی دیسک هنگام تعویض آن صفحه نیست.

اسلاید 12: ترجمه آدرس در یک سیستم صفحه بندی:

اسلاید 13: جدول صفحه(Page Table):مدخل جدول صفحه می تواند مقدار زیادی از حافظه اصلی را اشغال کند.جدول صفحه نیز می تواند در حافظه مجازی ذخیره شود.هنگامی که یک فرایند اجرا می شود، بخشی از جدول صفحه آن در حافظه اصلی قرار دارد.

اسلاید 14: ترجمه:هر ارجاع به حافظه مجازی موجب دو دسترسی به حافظه فیزیکی را می شود:یکی برای واکشی از مدخل جدول صفحه مربوطیکی برای واکشی داده مورد نظربرای غلبه بر این مشکل یک حافظه بسیار سریع نهان (Cache Memory) برای مدخل های جدول صفحه استفاده می کنند.

اسلاید 15: ترجمه:حافظه نهان، حاوی مدخلهایی از جدول صفحه است که اخیراً به آنها دسترسی شده است.اگر مدخل مورد نظر جدول صفحه پیدا شد(اصابت)، شماره قاب(Frame) بازیابی شده و آدرس حقیقی شکل می گیرد.اگر مدخل مورد نظر از جدول صفحه پیدا نشد(عدم اصابت) پردازنده از شماره صفحه به عنوان شاخص جدول صفحه فرایند استفاده می کند. و مدخل مورد نظر در جدول صفحه را آزمایش می کند.

اسلاید 16: ترجمه:بیت حضور(حضور صفحه در حافظه اصلی) بررسی می شود:اگر در حافظه اصلی نبود خطای فقدان صفحه(Page Fault) صادر میشود.اگر در حافظه اصلی بود، پردازنده شماره قاب را از مدخل جدول صفحه برای تشکیل آدرس حقیقی بدست می آورد و میانگیر دم دستی را بهنگام می کند تا شامل این مدخل جدید صفحه شود.به طور کلی هدف استفاده از حافظه نهان،کم کردن تعداد مراجعه به دیسک برای واکشی مدخل جدول صفحه است.

اسلاید 17: سیاست واکشی:زمان آوردن صفحه به حافظه اصلی را مشخص می کند.صفحه بندی درخواستی، فقط زمانی یک صفحه را به حافظه اصلی می آورد که مراجعه ای به مکانی از آن صفحه انجام گیرد.هنگام شروع برنامه خطاهای صفحه زیادی رخ می دهد.در پیش صفحه بندی، صفحه هایی غیر از آنچه به وسیله خطای صفحه درخواست شده نیز به داخل آورده می شوند.

اسلاید 18: سیاست جایگذاری:محل قرار گرفتن فرایند در حافظه اصلی را تعیین می کند.در یک سیستم قطعه بندی ساده، سیاست جایگذاری بسیار مهم است. سیاست جایگذاری در سیستم صفحه بندی یا ترکیب صفحه بندی و قطعه بندی مهم نیست. زیرا سخت افزار ترجمه آدرس را انجام می دهد.

اسلاید 19: سیاست جابجایی:سیاست جابجایی شامل موارد زیر است:کدام صفحه جایگزین شود؟صفحه حذف شده باید کمترین مراجعه در آینده نزدیک را داشته باشد.اکثر سیاست ها رفتار آینده را بر اساس رفتار گذشته پیش بینی میکنند.سیاست جایگزینی پیچیده تر سربار سخت افزاری و نرم افزاری پیچیده تری برای پیاده سازی لازم دارد.

اسلاید 20: سیاست جابجایی:قفل کردن قاب:صفحه ای که در یک قاب(Frame) قفل شده باشد، نمی تواند جایگزین شود.هسته و ساختارهای کنترلی اصلی سیستم عامل در قابهای قفل شده اند.ورودی/خروجی و دیگر نواحی بحرانی میتوانند در قابهای قفل شده قرار گیرند.یک بیت قفل به هر قاب پیوند می خورد.

اسلاید 21: الگوریتم های اصلی جابجایی:سیاست بهینه:صفحه ای را برای جایگزینی انتخاب میکند که زمان لازم تا مراجعه بعدی به آن طولانی ترین باشد.منجر به کمترین تعداد خطای صفحه می شود.امکان اجرای این الگوریتم وجود ندارد زیرا نیازمند دانش کافی سیستم عامل از وقایع آینده است.

اسلاید 22: الگوریتم های اصلی جابجایی:حداقل استفاده در گذشته نزدیک(LRU)صفحه ای را جایگزین میکند که برای مدت طولانی دسترسی به آن نشده است.بر اساس اصل محلی بودن این صفحه باید صفحه ای باشد که کمترین احتمال مراجعه در آینده نزدیک را داشته باشد. هر صفحه را می توان با زمان آخرین مراجعه به آن برچسب گذاری کرد. سربار زیادی برای این روش خواهد بود.

اسلاید 23: الگوریتم های اصلی جابجایی:خروج به ترتیب ورود:با قابهای تخصیص یافته به فرایند ها مانند یک میانگیر مدور برخورد میکند.صفحات به سبک نوبتی گردشی خارج میشوند.تنها به یک اشاره گر نیاز دارد، که بطور چرخشی به قابهای فرایند اشاره کند، بنابراین ساده ترین پیاده سازی را دارد.صفحه ای که بیشترین مدت در حافظه بوده جایگزین میشود.این صفحات ممکن است مجدداً و بزودی نیاز باشند.

اسلاید 24: الگوریتم های اصلی جابجایی:سیاست ساعت:مانند FIFO است، به جز اینکه در سیاست ساعت از یک بیت اضافی استفاده می شد که به آن بیت استفاده می گویند.برای اولین بار که یک صفحه به داخل قابی در حافضه اصلی بار می شود این بیت 0 می شود.زمانی که به این صفحه مراجعه میشود این بیت 1 می شود.هنگامیکه زمان جایگزینی صفحه فرا می رسد سیستم عامل میانگیر را مرور کرده تا قابی را بیابد که بیت استفاده از آن صفر باشد.در حین جستجو برای جابجایی هر بیت 1 به 0 تغییر می کند.

اسلاید 25: نمایی از سیاست ساعت(قبل جایگزینی صفحه):

اسلاید 26: نمایی از سیاست ساعت(بعد جایگزینی صفحه):

اسلاید 27: مقایسه الگوریتمهای جایگزینی صفحه در حالت تخصیص ثابت و دیدگاه محلی: