Bài giảng Hệ điều hành - Chương 6: Bộ nhớ thực

Nội dung text: Bài giảng Hệ điều hành - Chương 6: Bộ nhớ thực

1. Chuyển đổi địa chỉ (tt) ❑ Execution time: khi trong quá trình thực thi, process có thể được di Relative (relocatable) chuyển từ segment này sang addresses segment khác trong bộ nhớ thì quá 0 trình chuyển đổi địa chỉ được trì hoãn đến thời điểm thực thi JUMP 400 – CPU tạo ra địa chỉ luận lý cho 400 process – Cần sự hỗ trợ của phần cứng cho LOAD 1200 việc ánh xạ địa chỉ. ▪ Ví dụ: trường hợp địa chỉ luận lý là relocatable thì có thể dùng 1200 thanh ghi base và limit, – Sử dụng trong đa số các OS đa MAX = 2000 dụng (general-purpose) trong đó có các cơ chế swapping, paging, segmentation Khoa Công Nghệ Thông Tin, Đại Học Bách Khoa TP HCM 9.11
2. Dynamic linking ❑ Quá trình link đến một module ngoài (external module) được thực hiện sau khi đã tạo xong load module (i.e. file có thể thực thi, executable) – Ví dụ trong Windows: module ngoài là các file .DLL còn trong Unix, các module ngoài là các file .so (shared library) ❑ Load module chứa các stub tham chiếu (refer) đến routine của external module. – Lúc thực thi, khi stub được thực thi lần đầu (do process gọi routine lần đầu), stub nạp routine vào bộ nhớ, tự thay thế bằng địa chỉ của routine và routine được thực thi. – Các lần gọi routine sau sẽ xảy ra bình thường ❑ Stub cần sự hỗ trợ của OS (như kiểm tra xem routine đã được nạp vào bộ nhớ chưa). Khoa Công Nghệ Thông Tin, Đại Học Bách Khoa TP HCM 9.12
3. Ưu điểm của dynamic linking ❑ Thông thường, external module là một thư viện cung cấp các tiện ích của OS. Các chương trình thực thi có thể dùng các phiên bản khác nhau của external module mà không cần sửa đổi, biên dịch lại. ❑ Chia sẻ mã (code sharing): một external module chỉ cần nạp vào bộ nhớ một lần. Các process cần dùng external module này thì cùng chia sẻ đoạn mã của external module tiết kiệm không gian nhớ và đĩa. ❑ Phương pháp dynamic linking cần sự hỗ trợ của OS trong việc kiểm tra xem một thủ tục nào đó có thể được chia sẻ giữa các process hay là phần mã của riêng một process (bởi vì chỉ có OS mới có quyền thực hiện việc kiểm tra này). Khoa Công Nghệ Thông Tin, Đại Học Bách Khoa TP HCM 9.13
4. Dynamic loading ❑ Cơ chế: chỉ khi nào cần được gọi đến thì một thủ tục mới được nạp vào bộ nhớ chính tăng độ hiệu dụng của bộ nhớ (memory utilization) bởi vì các thủ tục không được gọi đến sẽ không chiếm chỗ trong bộ nhớ ❑ Rất hiệu quả trong trường hợp tồn tại khối lượng lớn mã chương trình có tần suất sử dụng thấp, không được sử dụng thường xuyên (ví dụ các thủ tục xử lý lỗi) ❑ Hỗ trợ từ hệ điều hành – Thông thường, user chịu trách nhiệm thiết kế và hiện thực các chương trình có dynamic loading. – Hệ điều hành chủ yếu cung cấp một số thủ tục thư viện hỗ trợ, tạo điều kiện dễ dàng hơn cho lập trình viên. Khoa Công Nghệ Thông Tin, Đại Học Bách Khoa TP HCM 9.14
5. Cơ chế overlay ❑ Tại mỗi thời điểm, chỉ giữ lại trong bộ nhớ những lệnh hoặc dữ liệu cần thiết, giải phóng các lệnh/dữ liệu chưa hoặc không cần dùng đến. ❑ Cơ chế này rất hữu dụng khi kích thước một process lớn hơn không gian bộ nhớ cấp cho process đó. ❑ Cơ chế này được điều khiển bởi người sử dụng (thông qua sự hỗ trợ của các thư viện lập trình) chứ không cần sự hỗ trợ của hệ điều hành Khoa Công Nghệ Thông Tin, Đại Học Bách Khoa TP HCM 9.15
6. Cơ chế overlay (tt) Pass 1 70K Đơn vị: byte symbol Pass 2 80K 20K Symbol table 20K table Common routines 30K common Assembler 30K routines Total memory available = 150KB overlay 10K driver nạp và thực thi pass 1 pass 2 70K 80K Khoa Công Nghệ Thông Tin, Đại Học Bách Khoa TP HCM 9.16
7. Cơ chế swapping ❑ Một process có thể tạm thời bị swap ra khỏi bộ nhớ chính và lưu trên một hệ thống lưu trữ phụ. Sau đó, process có thể được nạp lại vào bộ nhớ để tiếp tục quá trình thực thi. Swapping policy: hai ví dụ – Round-robin: swap out P1 (vừa tiêu thụ hết quantum của nó), swap in P2 , thực thi P3 , – Roll out, roll in: dùng trong cơ chế định thời theo độ ưu tiên (priority-based scheduling) ▪ Process có độ ưu tiên thấp hơn sẽ bị swap out nhường chỗ cho process có độ ưu tiên cao hơn mới đến được nạp vào bộ nhớ để thực thi ❑ Hiện nay, ít hệ thống sử dụng cơ chế swapping trên Khoa Công Nghệ Thông Tin, Đại Học Bách Khoa TP HCM 9.17
8. Minh họa cơ chế swapping Khoa Công Nghệ Thông Tin, Đại Học Bách Khoa TP HCM 9.18
9. Mô hình quản lý bộ nhớ ❑ Trong chương này, mô hình quản lý bộ nhớ là một mô hình đơn giản, không có bộ nhớ ảo. ❑ Một process phải được nạp hoàn toàn vào bộ nhớ thì mới được thực thi (ngoại trừ khi sử dụng cơ chế overlay). ❑ Các cơ chế quản lý bộ nhớ sau đây rất ít (hầu như không còn) được dùng trong các hệ thống hiện đại – Phân chia cố định (fixed partitioning) – Phân chia động (dynamic partitioning) – Phân trang đơn giản (simple paging) – Phân đoạn đơn giản (simple segmentation) Khoa Công Nghệ Thông Tin, Đại Học Bách Khoa TP HCM 9.19
10. Phân mảnh (fragmentation) ❑ Phân mảnh ngoại (external fragmentation) – Kích thước không gian nhớ còn trống đủ để thỏa mãn một yêu cầu cấp phát, tuy nhiên không gian nhớ này không liên tục có thể dùng cơ chế kết khối (compaction) để gom lại thành vùng nhớ liên tục. ❑ Phân mảnh nội (internal fragmentation) – Kích thước vùng nhớ được cấp phát có thể hơi lớn hơn vùng nhớ yêu cầu. ▪ Ví dụ: cấp một khoảng trống 18,464 bytes cho một process yêu cầu 18,462 bytes. – Hiện tượng phân mảnh nội thường xảy ra khi bộ nhớ thực được chia thành các khối kích thước cố định (fixed-sized block) và các process được cấp phát theo đơn vị khối. Ví dụ: cơ chế phân trang (paging). Khoa Công Nghệ Thông Tin, Đại Học Bách Khoa TP HCM 9.20
11. Phân mảnh nội operating yêu cầu kế tiếp là system 18,462 bytes !!! (used) hole kích thước 18,464 bytes cần quản lý khoảng trống 2 bytes !?! OS sẽ cấp phát hẳn khối 18,464 bytes cho process dư ra 2 bytes không dùng! Khoa Công Nghệ Thông Tin, Đại Học Bách Khoa TP HCM 9.21
12. Fixed partitioning ❑ Khi khởi động hệ thống, bộ nhớ chính được chia thành nhiều phần rời nhau gọi là các partition có kích thước bằng nhau hoặc khác nhau ❑ Process nào có kích thước nhỏ hơn hoặc bằng kích thước partition thì có thể được nạp vào partition đó. ❑ Nếu chương trình có kích thước lớn hơn partition thì phải dùng cơ chế overlay. ❑ Nhận xét – Không hiệu quả do bị phân mảnh nội: một chương trình dù lớn hay nhỏ đều được cấp phát trọn một partition. Khoa Công Nghệ Thông Tin, Đại Học Bách Khoa TP HCM 9.22
13. Chiến lược placement ❑ Partition có kích thước bằng nhau – Nếu còn partition trống process mới sẽ được nạp vào partition đó – Nếu không còn partition trống, nhưng trong đó có process đang bị blocked swap process đó ra bộ nhớ phụ nhường chỗ cho process mới. Khoa Công Nghệ Thông Tin, Đại Học Bách Khoa TP HCM 9.23
14. Chiến lược placement (tt) ❑ Partition có kích thước không bằng nhau: giải pháp 1 – Gán mỗi process vào partition nhỏ nhất phù hợp với nó – Có hàng đợi cho mỗi partition – Giảm thiểu phân mảnh nội – Vấn đề: có thể có một số hàng đợi trống không (vì không có process với kích thước tương ứng) và hàng đợi dày đặc Khoa Công Nghệ Thông Tin, Đại Học Bách Khoa TP HCM 9.24
15. Chiến lược placement (tt) ❑ Partition có kích thước không bằng nhau: giải pháp 2 – Chỉ có một hàng đợi chung cho mọi partition – Khi cần nạp một process vào bộ nhớ chính chọn partition nhỏ nhất còn trống Khoa Công Nghệ Thông Tin, Đại Học Bách Khoa TP HCM 9.25
16. Dynamic partitioning ❑ Số lượng partition không cố định và partition có thể có kích thước khác nhau ❑ Mỗi process được cấp phát chính xác dung lượng bộ nhớ cần thiết ❑ Gây ra hiện tượng phân mảnh ngoại Khoa Công Nghệ Thông Tin, Đại Học Bách Khoa TP HCM 9.26
17. Chiến lược placement ❑ Dùng để quyết định cấp phát khối bộ nhớ trống nào cho một process ❑ Mục tiêu: giảm chi phí compaction ❑ Các chiến lược placement – Best-fit: chọn khối nhớ trống nhỏ nhất – First-fit: chọn khối nhớ trống phù hợp đầu tiên kể từ đầu bộ nhớ – Next-fit: chọn khối nhớ trống phù hợp đầu tiên kể từ vị trí cấp phát cuối cùng – Worst-fit: chọn khối nhớ trống lớn nhất Khoa Công Nghệ Thông Tin, Đại Học Bách Khoa TP HCM 9.27