Bài giảng Kỹ thuật Máy tính - Chương 9: Bộ nhớ thực - Nguyễn Thanh Sơn

Nội dung text: Bài giảng Kỹ thuật Máy tính - Chương 9: Bộ nhớ thực - Nguyễn Thanh Sơn

1. Kiến trúc hệ thống bộ nhớ Tốc độ cao Dung lượng nhỏ Giá thành cao Vd: file-system data Tốc độ thấp Dung lượng lớn Giá thành thấp BK TP.HCM Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính 2
2. Quản lý bộ nhớ  Phân phối và sắp xếp các process trong bộ nhớ sao cho hệ thống hoạt động hiệu quả.  Víd ụ: nạp càng nhiều process vào bộ nhớ càng tốt (gia tăng mức độ đa chương)  Thông thường, kernel chiếm một phần cố định của bộ nhớ, phần còn lại phân phối cho các process.  Yêu cầu đối với việc quản lý bộ nhớ  Cấp phát vùng nhớ cho các process  Tái định vị (relocation): khi swapping,  Bảo vệ: phải kiểm tra truy xuất bộ nhớ có hợp lệ không  Chia sẻ: cho phép các process chia sẻ vùng nhớ chung  Kết gán địa chỉ nhớ luận lý của process vào địa chỉ thực BK TP.HCM Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính 4
3. Các kiểu địa chỉ nhớ (tt.)  Khi lệnh được thực thi, các địa chỉ luận lý phải được chuyển đổi thành địa chỉ vật lý. Thao tác chuyển đổi này thường có sự hỗ trợ của phần cứng để đạt hiệu suất cao. BK TP.HCM Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính 6
4. Thực hiện linking 0 0 Module A relocatable Module A object modules CALL B length L JMP “L” L 1 Return L 1 Return L Module B 0 Module B load module JMP “L+M” CALL C length M L M 1 Return M 1 Return L M Module C 0 Module C length N L M N 1 Return N 1 Return BK TP.HCM Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính 8
5. Chuyển đổi địa chỉ (tt.)  Địa chỉ lệnh (instruction) và dữ liệu (data) có thể được chuyển đổi thành địa chỉ tuyệt đối tại các thời điểm  Compile time: nếu biết trước địa chỉ bộ nhớ của chương trình thì có thể kết gán địa chỉ tuyệt đối lúc biên dịch.  Ví dụ: chương trình .COM của MS-DOS, phát biểu assembly org xxx  Khuyết điểm: phải biên dịch lại nếu thay đổi địa chỉ nạp chương trình  Load time: tại thời điểm biên dịch, nếu chưa biết quá trình sẽ nằm ở đâu trong bộ nhớ thì compiler phải sinh mã khả tái định vị. Vào thời điểm loading, loader phải chuyển đổi địa chỉ khả tái định vị thành địa chỉ tuyệt đối dựa trên một địa chỉ nền (base address).  Địa chỉ tuyệt đối được tính toán vào thời điểm nạp chương trình phải tiến hành reload nếu địa chỉ nền thay đổi. BK TP.HCM Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính 10
6. Sinh địa chỉ thực vào thời điểm nạp Relative Symbolic (relocatable) Physical memory addresses addresses addresses PROGRAM 0 1024 JUMP i JUMP 400 JUMP 1424 i 400 1424 LOAD j LOAD 1200 Compile Link/Load LOAD 2224 DATA j 1200 2224 Source code Relative Process image load module BK TP.HCM Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính 12
7. 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). BK TP.HCM Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính 14
8. Ưu điểm của dynamic linking  Các external module là thư viện cung cấp các tiện ích của OS. 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): chỉ cần nạp external module vào bộ nhớ một lần. Các process dùng external module này chia sẻ đoạn mã của external module tiết kiệm không gian nhớ và đĩa.  Dynamic linking cần sự hỗ trợ của OS để 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). BK TP.HCM Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính 16
9. Kỹ thuật 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.  Kỹ thuật này rất hữu dụng khi kích thước một process lớn hơn không gian bộ nhớ cấp cho process đó.  Quá trình tự điều khiển việc overlay (có sự hỗ trợ của thư viện lập trình) BK TP.HCM Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính 18
10. Cơ chế swapping  Một process có thể tạm thời bị swap ra khỏi bộ nhớ chính và lưu trên bộ nhớ phụ. Khi thích hợp, process có thể được nạp lại vào bộ nhớ để tiếp tục 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 vừa đến.  Hiện nay, ít hệ thống sử dụng cơ chế swapping trên BK TP.HCM Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính 20
11. 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 dùng kỹ thuật 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) BK TP.HCM Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính 22
12. 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. BK TP.HCM Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính 24
13. Chiến lược placement  Trường hợp 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. BK TP.HCM Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính 26
14. Chiến lược placement (tt.)  Trường hợp 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 và đủ chứa nó BK TP.HCM Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính 28
15. Chiến lược placement khi dynamic partitioning  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 tiênkể 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 BK lớn nhất TP.HCM Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính 30