操作系统(12)----页面分配策略

简介: 操作系统(12)----页面分配策略

建议先看:http://t.csdnimg.cn/QPqY7


之前我们主要探讨的是请求分页存储管理与基本分页存储管理技术的区别,而对于进程的内存块分配,只是假设给进程分配3个或4个内存块,没有具体探讨如何为进程分配内存块,这篇补充一下:


一.驻留集

驻留集是指请求分页存储管理中给进程分配的物理块(内存块/页框)的集合。


若题目中说到,系统为某进程分配了n个物理块,就等价于某进程的驻留集大小为n。


在采用了虚拟存储技术的系统中,驻留集大小一般小于进程的总大小。

考虑一个极端情况,若某进程共有100个页面,则该进程的驻留集大小为100时进程可以全部放入内存,运行期间不可能再发生缺页。若驻留集大小为1,则进程运行期间必定会极频繁地缺页。

所以,若驻留集太小,会导致缺页频繁,系统要花大量的时间来处理缺页,实际用于进程推进的时间很少;

驻留集太大,又会导致多道程序并发度下降,资源利用率降低。所以应该选择一个合适的驻留集大小。

对于驻留集是否可变,可以分为固定分配可变分配

固定分配操作系统为每个进程分配一组固定数目的物理块,在进程运行期间不再改变。即,驻留集大小不变

可变分配:先为每个进程分配一定数目的物理块,在进程运行期间,可根据情况做适当的增加或减少,就是驻留集大小可变

当页面置换时,根据置换的范围,又可分为局部置换和全局置换:

局部置换:发生缺页时只能选进程自己的物理块进行置换。

全局置换:可以将操作系统保留的空闲物理块分配给缺页进程,也可以将别的进程持有的物理块置换到外存,再分配给缺页进程。

注:不存在固定分配,全局置换的原则,因为全局置换意味着一个进程拥有的物理块数量必然会改变,而固定分配规定进程的驻留集大小不变,因此不可能是固定分配。因此只存在另外三种策略。

二.页面分配置换策略

1.固定分配局部置换

系统为每个进程分配一定数量的物理块,在整个运行期间都不改变。若进程在运行中发生缺页,则只能从该进程在内存中的页面中选出一页换出,然后再调入需要的页面。这种策略的缺点是;很难在刚开始就确定应为每个进程分配多少个物理块才算合理。(采用这种策略的系统可以根据进程大小、优先级、或是根据程序员给出的参数来确定为一个进程分配的内存块数)。


2.可变分配全局置换

刚开始会为每个进程分配一定数量的物理块。操作系统会保持一个空闲物理块队列。当某进程发生缺页时,从空闲物理块中取出一块分配给该进程;若已无空闲物理块,则可选择一个未锁定的页面换出外存,再将该物理块分配给缺页的进程。采用这种策略时,只要某进程发生缺页都将获得新的物理块,仅当空闲物理块用完时,系统才选择一个未锁定的页面调出。被选择调出的页可能是系统中任何

一个进程中的页,因此这个被选中的进程拥有的物理块会减少,缺页率会增加。

这里的未锁定是指:

系统会锁定一些页面、这些页面中的内容不能置换出外存(如:重要的内核数据可以设为“锁定”),另外的可以被置换出外存的页面就是未锁定页面。

3.可变分配局部置换

刚开始会为每个进程分配一定数量的物理块。当某进程发生缺页时,只允许从进程自己的物理块中选出一个进行换出外存。如果进程在运行中频繁地缺页,系统会为该进程多分几个物理块,直至该进程

缺页率趋势适当程度;反之,如果进程在运行中缺页率特别低,则可适当少分配给该进程的物理块。

对于可变分配全局置换:只要缺页就给分配新物理块。

对于可变分配局部置换:要根据发生缺页的频率来动态地增加或减少进程的物理块。

三.调入页面的时机

1.预调页策略

根据局部性原理,一次调入若干个相邻的页面可能比一次调入-个页面更高效。但如果提前调入的页面中大多数都没被访问过,则又是低效的。因此可以预测不久之后可能访问到的页面,将它们预先调入内存,但目前预测成功率只有50%左右。故这种策略主要用于进程的首次调入(运行前调入),由程序员指出应该先调入哪些部分。

这里的局部性原理主要是指空间局部性:如果当前访问了某个内存单元,在之后很有可能会接着访问与其相邻的那些内存单元。

2.请求调页策略

进程在运行期间发现缺页时才将所缺页面调入内存(运行时调入)。由这种策略调入的页面一定会被访问到,但由于每次只能调入一页,而每次调页都要磁盘I/O操作,因此I/O开销较大。

四.从何处调入页面

磁盘中的存储区域分为对换区和文件区:

对换区的读/写速度更快,采用连续分配方式

文件区的读/写速度更慢,采用离散分配方式。

文件区比对换区更大,程序没有运行时,相关的数据会放在文件区。

1.由于对换区的读/写速度更快,若系统拥有足够的对换区空间:页面的调入、调出都是在内存与对换区之间进行,这样可以保证页面的调入、调出速度很快。

在进程运行前:需将进程相关的数据从文件区复制到对换区。之后再将需要的页面从对换区调入内存。若内存空间不足,则将某些页面调出到对换区。

2.若系统缺少足够的对换区空间:凡是不会被修改的数据都直接从文件区调入,由于这些页面不会被

修改,因此换出时不必写回磁盘,下次需要时再从文件区调入即可。对于可能被修改的部分,换出时需写回磁盘对换区,下次需要时再从对换区调入。

3.UNIX方式:运行之前进程有关的数据全部放在文件区,故未使用过的页面,都可从文件区调入。若被使用过的页面需要换出,则写回对换区,下次需要时从对换区调入。

五.抖动(颠簸)现象

刚刚换出的页面马上又要换入内存,刚刚换入的页面马上又要换出外存,这种频繁的页面调度行为称为抖动,或颠簸。产生抖动的主要原因是进程频繁访问的页面数目高于可用的物理块数(分配给进程的物理块不够)。若发生抖动现象,系统会用大量的时间来处理进程页面的换入换出,实际用于进程执行的时间就变得很少。所以应尽量避免抖动。

为进程分配的物理块太少,会使进程发生抖动现象。为进程分配的物理块太多,又会降低系统整体的并发度,降低某些资源的利用率。所以有了工作集

工作集是指在某段时间间隔里,进程实际访问页面的集合。而驻留集是指请求分页存储管理中给进程分配的内存块的集合。

操作系统会根据“窗口尺寸”来算出工作集。例:某进程的页面访问序列如下,窗口尺寸为4,各时刻的工作集为多少?下图,若访问的是23号页面,往前看4个页号,则工作集为24,15,18,23

工作集大小可能小于窗口尺寸,实际应用中,操作系统可以统计进程的工作集大小,根据工作集大小给进程分配若干内存块。如:窗口尺寸为5,经过一段时间的监测发现某进程的工作集最大为3,那么说明该进程有很好的局部性,可以给这个进程分配3个以上的内存块即可满足进程的运行需要。一般来说,驻留集大小不能小于工作集大小,否则进程运行过程中将频繁缺页。


拓展:基于局部性原理可知,进程在一段时间内访问的页面与不久之后会访问的页面是有相关性的。因此,可以根据进程近期访问的页面集合(工作集)来设计一种页面置换算法----选择一个不在工作集中的页面进行淘汰。


目录
相关文章
|
1月前
|
安全 搜索推荐 Android开发
移动应用与系统:探索开发趋势与操作系统优化策略####
当今数字化时代,移动应用已成为日常生活不可或缺的一部分,而移动操作系统则是支撑这些应用运行的基石。本文旨在探讨当前移动应用开发的最新趋势,分析主流移动操作系统的特点及优化策略,为开发者提供有价值的参考。通过深入剖析技术创新、市场动态与用户需求变化,本文力求揭示移动应用与系统协同发展的内在逻辑,助力行业持续进步。 ####
47 9
|
3月前
|
安全 算法 搜索推荐
现代操作系统的设计与优化策略
本文深入探讨了现代操作系统在设计与优化方面的多种策略。通过分析系统架构、内核优化、用户界面设计以及安全性增强等关键方面,揭示了如何构建一个高效、稳定且安全的操作系统。同时,结合具体案例和实际应用场景,展示了这些策略在实践中的应用与成效。
82 1
|
1月前
|
缓存 并行计算 Linux
深入解析Linux操作系统的内核优化策略
本文旨在探讨Linux操作系统内核的优化策略,包括内核参数调整、内存管理、CPU调度以及文件系统性能提升等方面。通过对这些关键领域的分析,我们可以理解如何有效地提高Linux系统的性能和稳定性,从而为用户提供更加流畅和高效的计算体验。
32 2
|
1月前
|
算法 调度 UED
深入理解操作系统:进程管理与调度策略
操作系统作为计算机系统的核心,其进程管理和调度策略对于系统性能和用户体验至关重要。本文将通过直观的代码示例和浅显易懂的语言,带领读者了解操作系统如何有效管理进程以及常见的进程调度算法。我们将从进程的基本概念出发,逐步深入到进程状态、进程控制块(PCB)的作用,最后探讨不同的调度算法及其对系统性能的影响。无论您是初学者还是有一定基础的开发者,都能从中获得有价值的信息。
|
1月前
|
缓存 网络协议 Linux
深入探索Linux操作系统的内核优化策略####
本文旨在探讨Linux操作系统内核的优化方法,通过分析当前主流的几种内核优化技术,结合具体案例,阐述如何有效提升系统性能与稳定性。文章首先概述了Linux内核的基本结构,随后详细解析了内核优化的必要性及常用手段,包括编译优化、内核参数调整、内存管理优化等,最后通过实例展示了这些优化技巧在实际场景中的应用效果,为读者提供了一套实用的Linux内核优化指南。 ####
47 1
|
1月前
|
算法 调度 UED
深入理解操作系统:进程管理与调度策略
【10月更文挑战第40天】在数字世界中,操作系统是连接硬件与软件的桥梁,它管理着计算机资源和提供用户服务。本文将深入探讨操作系统中的进程管理与调度策略,揭示它们如何协调多任务运行,保证系统高效稳定运作。通过代码示例,我们将展示进程创建、执行以及调度算法的实际应用,帮助读者构建对操作系统核心机制的清晰认识。
|
1月前
|
算法 调度 UED
深入理解操作系统:进程管理与调度策略
【10月更文挑战第34天】本文旨在探讨操作系统中至关重要的一环——进程管理及其调度策略。我们将从基础概念入手,逐步揭示进程的生命周期、状态转换以及调度算法的核心原理。文章将通过浅显易懂的语言和具体实例,引导读者理解操作系统如何高效地管理和调度进程,保证系统资源的合理分配和利用。无论你是初学者还是有一定经验的开发者,这篇文章都能为你提供新的视角和深入的理解。
45 3
|
1月前
|
安全 网络协议 Linux
Linux操作系统的内核升级与优化策略####
【10月更文挑战第29天】 本文深入探讨了Linux操作系统内核升级的重要性,并详细阐述了一系列优化策略,旨在帮助系统管理员和高级用户提升系统的稳定性、安全性和性能。通过实际案例分析,我们展示了如何安全有效地进行内核升级,以及如何利用调优技术充分发挥Linux系统的潜力。 ####
64 1
|
1月前
|
消息中间件 算法 调度
深入理解操作系统:进程管理与调度策略
【10月更文挑战第29天】本文将带领读者深入探讨操作系统中的核心组件之一——进程,并分析进程管理的重要性。我们将从进程的生命周期入手,逐步揭示进程状态转换、进程调度算法以及优先级调度等关键概念。通过理论讲解与代码演示相结合的方式,本文旨在为读者提供对进程调度机制的全面理解,从而帮助读者更好地掌握操作系统的精髓。
46 1
|
1月前
|
算法 调度 UED
深入浅出操作系统调度策略
【10月更文挑战第33天】在数字时代的心脏,操作系统扮演着至关重要的角色。本文将探讨操作系统的核心功能之一——进程调度策略的设计与影响。我们将从理论到实践,通过浅显易懂的语言和具体代码示例,揭示如何通过不同的调度算法来优化系统性能和用户体验。无论你是技术新手还是资深开发者,这篇文章都将为你提供新的视角和深入的理解。