Bài giảng Hệ điều hành - Chương 8: Bộ nhớ ảo - Trường Đại học Công nghệ thông tin

HỆ ĐIỀU HÀNH
Chương 8 – Bộ nhớ ảo
1/17/2018
1/17/2018 Copyrights 2017 CE-UIT. All Rights Reserved. 1
Câu hỏi ôn tập chương 7
1/17/2018 Copyrights 2017 CE-UIT. All Rights Reserved. 2
Bộ nhớ luận lý là gì? Bảng phân trang dùng để làm gì?
Bảng trang được lưu trữ ở đâu? Các thanh ghi cần sử 
dụng trong cơ chế phân trang?
TBL là gì? Dùng để làm gì?
Thế nào là phân trang đa cấp? Cho ví dụ?
Tại sao phải phân đoạn? Các đoạn được phân chia do cái 
gì?
Các thanh ghi được sử dụng trong phân đoạn?
Câu hỏi ôn tập chương 7 (tt)
1/17/2018 Copyrights 2017 CE-UIT. All Rights Reserved. 3
Xét một không gian địa chỉ có  14 trang, mỗi trang có 
kích thước 1MB. ánh xạ vào bộ nhớ vật lý có 38 khung 
trang
a) Địa chỉ logic gồm bao nhiêu bit ?
b) Địa chỉ physic gồm bao nhiêu bit ?
c) Bảng trang có bao nhiêu mục? Mỗi mục trong bảng 
trang cần bao nhiêu bit?
Câu hỏi ôn tập chương 7 (tt)
1/17/2018 Copyrights 2017 CE-UIT. All Rights Reserved. 4
Xét một hệ thống sử dụng kỹ thuật phân trang, với bảng 
trang được lưu trữ trong bộ nhớ chính. 
a) Nếu thời gian cho một lần truy xuất bộ nhớ bình thường 
là 124 nanoseconds, thì mất bao nhiêu thời gian cho một 
thao tác truy xuất bộ nhớ trong hệ thống này ?
b) Nếu sử dụng TLBs với hit-ratio ( tỉ lệ tìm thấy) là 95%, 
thời gian để tìm trong TLBs bằng 34, tính thời gian cho 
một thao tác truy xuất bộ nhớ trong hệ thống ( effective 
memory reference time)
Câu hỏi ôn tập chương 7 (tt)
1/17/2018 Copyrights 2017 CE-UIT. All Rights Reserved. 5
Địa chỉ vật lý  6568 sẽ được chuyển thành địa chỉ ảo bao 
nhiêu? Biết rằng kích thước mỗi frame là 1K bytes
Địa chỉ ảo  3254 sẽ được chuyển thành địa chỉ vật lý bao 
nhiêu? Biết rằng kích thước mỗi frame là 2K bytes
Câu hỏi ôn tập chương 7 (tt)
1/17/2018 Copyrights 2017 CE-UIT. All Rights Reserved. 6
Xét một hệ thống sử dụng kỹ thuật phân trang, với bảng 
trang được lưu trữ trong bộ nhớ chính. Nếu sử dụng 
TLBs với hit-ratio ( tỉ lệ tìm thấy) là 87%, thời gian để 
tìm trong TLBs là 24 nanosecond. Thời gian truy xuất 
bộ nhớ trong hệ thống ( effective memory reference 
time) là 175. Tính thời gian cho một lần truy xuất bộ 
nhớ bình thường ?
Câu hỏi ôn tập chương 7 (tt)
1/17/2018 Copyrights 2017 CE-UIT. All Rights Reserved. 7
Biết thời gian truy xuất trong bộ nhớ thường không sử 
dụng TLB là 250ns. Thời gian tìm kiếm trong bảng TLB 
là 26ns. Hỏi xác xuất bằng bao nhiêu nếu thời gian truy 
xuất trong bộ nhớ chính là 182ns.
Câu hỏi ôn tập chương 7 (tt)
1/17/2018 Copyrights 2017 CE-UIT. All Rights Reserved. 8
Xét bảng phân đoạn sau đây :
Cho biết địa chỉ vật lý tương ứng với các địa chỉ logic sau 
đây :
a. 0,430 b. 1,100 c. 2,500 d. 3,400 e. 4,112
Mục tiêu chương 8
Hiểu được các khái niệm tổng quan về bộ nhớ ảo
Hiểu và vận dụng các kỹ thuật cài đặt được bộ nhớ ảo:
Demand Paging 
Page Replacement 
Demand Segmentation 
Hiểu được một số vấn đề trong bộ nhở ảo
Frames 
Thrashing 
1/17/2018 Copyrights 2017 CE-UIT. All Rights Reserved. 9
Nội dung chương 8
 Tổng quan về bộ nhớ ảo 
 Cài đặt bộ nhớ ảo: Demand Paging
 Cài đặt bộ nhớ ảo: Page Replacement
 Các giải thuật thay trang (Page Replacement 
Algorithms)
 Vấn đề cấp phát Frames
 Vấn đề Thrashing
 Cài đặt bộ bộ nhớ ảo: Demand Segmentation
1/17/2018 Copyrights 2017 CE-UIT. All Rights Reserved. 10
Tổng quan bộ nhớ ảo
Nh ận xét: không phải tất cả các phần của một process cần thiết
phải được nạp vào bộ nhớ chính tại cùng một thời điểm
 Ví dụ:
Đo ạn mã điều khiển các lỗi hiếm khi xảy ra
 Các arrays, list, tables được cấp phát bộ nhớ (cấp phát tĩnh)
nhiều hơn yêu cầu thực sự
 Một số tính năng ít khi được dùng của một chương trình
 Cả chương trình thì cũng có đoạn code chưa cần dùng
 Bộ nhớ ảo (virtual memory): Bộ nhớ ảo là một kỹ thuật cho phép
xử lý một tiến trình không được nạp toàn bộ vào bộ nhớ vật lý
1/17/2018 Copyrights 2017 CE-UIT. All Rights Reserved. 11
Tổng quan bộ nhớ ảo
Ưu điểm của bộ nhớ ảo
 Số lượng process trong bộ nhớ nhiều hơn
 Một process có thể thực thi ngay cả khi kích thước của nó
lớn hơn bộ nhớ thực
Gi ảm nhẹ công việc của lập trình viên
Không gian tráo đổi giữa bộ nhớ chính và bộ nhớ phụ(swap
space).
 Ví dụ:
swap partition trong Linux
file pagefile.sys trong Windows
1/17/2018 Copyrights 2017 CE-UIT. All Rights Reserved. 12
Cài đặt bộ nhớ ảo
 Có hai kỹ thuật:
Phân trang theo yêu cầu (Demand Paging)
Phân đoạn theo yêu cầu (Segmentation Paging)
Ph ần cứng memory management phải hỗ trợ paging và/hoặc
segmentation
OS phải quản lý sự di chuyển của trang/đoạn giữa bộ nhớ chính
và bộ nhớ thứ cấp
Trong chương này,
Ch ỉ quan tâm đến paging
Ph ần cứng hỗ trợ hiện thực bộ nhớ ảo
 Các giải thuật của hệ điều hành
1/17/2018 Copyrights 2017 CE-UIT. All Rights Reserved. 13
Phân trang theo yêu cầu
Demand paging: các trang của quá trình chỉ được nạp vào bộ nhớ
chính khi được yêu cầu.
Khi có một tham chiếu đến một trang mà không có trong bộ nhớ
chính (valid bit) thì phần cứng sẽ gây ra một ngắt (gọi là page-fault
trap) kích khởi page-fault service routine (PFSR) của hệ điều hành.
 PFSR:
Chuy ển process về trạng thái blocked
Ph át ra một yêu cầu đọc đĩa để nạp trang được tham chiếu vào
một frame trống; trong khi đợi I/O, một process khác được cấp
CPU để thực thi
Sau khi I/O hoàn tất, đĩa gây ra một ngắt đến hệ điều hành; PFSR
cập nhật page table và chuyển process về trạng thái ready.
1/17/2018 Copyrights 2017 CE-UIT. All Rights Reserved. 14
Lỗi trang và các bước xử lý
1/17/2018 15Copyrights 2017 CE-UIT. All Rights Reserved.
Thay thế trang nhớ
1/17/2018 Copyrights 2017 CE-UIT. All Rights Reserved. 16
Bư ớc 2 của PFSR giả sử phải thay trang vì không tìm được frame trống,
PFSR được bổ sung như sau:
 Xác định vị trí trên đĩa của trang đang cần
 Tìm một frame trống:
Nếu có frame trống thì dùng nó
Nếu không có frame trống thì dùng một giải thuật thay trang để
chọn một trang hy sinh (victim page)
Ghi victim