Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
(ГОУВПО «ВГТУ»)
Факультет информационных технологий и компьютерной безопасности
(факультет)
Кафедра САПРИС
ОТЧЕТ
По лабораторной работе №1
по дисциплине: Организация ЭВМ и систем
Тема: Страничное распределение памяти
Разработали студенты гр. АП-101 Д.П. Лаптев
Подпись, дата Инициалы, фамилия
Подпись, дата Инициалы, фамилия
Руководитель Ю.В. Минаева
Подпись, дата Инициалы, фамилия
Защищен ________________________ Оценка ________________________________
дата
2013
Изучить основные принципы формирования виртуальной памяти, способы подкачки и откачки страниц при страничном, сегментном, сегментно-страничном распределении памяти.
|
№ |
Параметры файла |
Параметры памяти |
|||
|
Количество виртуальных страниц |
Кол-во операций переходов в сегменте команд |
Количество доступов к файлам |
Кол-во выделенных физических страниц |
Размер страницы в килобайтах |
|
|
7 |
6 |
26 |
18 |
5 |
2 |
Таблица 1- Вариант задания параметров
В данном пункте мы будем подробно описывать процесс работы с программой, реализующей процесс работы ВП с процессами.
Данный способ откачки работает по принципу выгрузки из ОП страницы, загруженной туда раньше остальных.
Рисунок 1- FIFO 1
Следующая команда передаст управление 6-ой ВС. Т.к. 6-ая ВС находится на диске, она будет загружена в ОП, а оттуда выгрузится страница, загруженная раньше других, т.е. страница с виртуальным адресом 0. Страница 6, займет её место в ОП.
Рисунок 2- FIFO 2
На данном этапе произойдет передача управления к 4 странице , т.к. она уже в ОП, страницы из ОП выгружены не будут.
Рисунок 3- FIFO 3
В данном случае, необходим доступ к 0 странице ВП, т.к. она на диске, из ВП выгрузится страница, имеющая наибольший счетчик времени, т.е. страница с физическим адресом 1. Нулевая страница займёт ее место в ОП
Рисунок 4- FIFO 4
Данный способ самый простой, т.к. при необходимости помещения страницы с диска в ВП выгружается случайная страница. В данном случае не используется стек, т.к. при загрузке страниц никакую информация запоминать не нужно.
Рисунок 5- RND 1
Необходимо произвести доступ к данным пятой страницы, т.к. она на диске, следующим этапом, она загрузится в ОП, заменив там случайную страницу.
Рисунок 6- RND 2
Как мы видим, произошло замещение страницы с физическим адресом 3, это 3-я виртуальная страница. На следующем этапе, необходимо получить доступ к 7-ой странице, она на диске, поэтому какая либо страница выгрузится из ОП.
Рисунок 7- RND 3
Из ОП выгрузилась 4-я страница.
В данном способе из ОП выгружается страница, к которой не обращались дольше всего.
Рисунок 8- LRU 1
В данном случае произойдет передача управления к 5-ой странице, она загрузится в ОП, а выгрузится страница к которой обращение было раньше остальных, т.е. выгрузится страница с физическим адресом 1.
Рисунок 9- LRU 2
Страница с физическим адресом 1 выгрузилась, её место в ОП заняла страница 5, в стеке страница с физическим адресом 1, заняла первое место, т.к. обращение к ней произошло при передаче управления.
Рисунок 10- LRU 3
В данном случае происходит зацикливание.
Рисунок 11- LRU 4
В этом принципе выгружается из памяти страница, частота обращений к которой минимальна, в стеке страниц, кроме номера физической страницы, указывается счетчик обращений.
Рисунок 12- LFU 1
Простая команда, вызывается из 0-й страницы, поэтому её счетчик увеличивается на 1.
Рисунок 12- LFU 2
Следующим шагом необходим доступ к данным 6-й страницы, т.к. она на диске, то из ОП выгрузится, Согласно данному принципу, страницы с наименьшим счетчиком частоты обращений, т.е. , в данном случае, страница с физическим адресом 1, её счетчик в стеке увеличится на 1.
Рисунок 14- LFU 3
Счетчик страницы 0 продолжает увеличиваться.
Рисунок 15- LFU 4
Необходим доступ к данным 6-й страницы, т.к. она уже в ОП, другая страница выгружена не будет, но счетчик доступа к ней увеличится на 1.
Рисунок 16- LFU 5
При анализе нужно учесть то, что каждый вид выгрузки страниц из ОП не совершенен, но в определенной ситуации, каждый из них будет эффективнее чем другой. Принцип случайной выгрузки чаще всего неэффективен, т.к. возможно, что выгруженная страница сразу потребуется в ОП. Принцип FIFO также выгружает страницу, загруженную раньше всех остальных, что означает постоянное использование данной страницы процессором. Принципы LFU и FRU наиболее эффективны, т.к. учитывают частоту обращения и время обращения к страницам.
Виртуальная память (ВП) – это совокупность программно-аппаратных средств, позволяющих пользователям писать программы, размер которых превосходит имеющуюся ОП.
Пользователю будет удобнее, если все необходимые данные будут сразу в ОП, но это по техническим причинам невозможно, поэтому появляется понятие ВП, когда данные перемещаются между ЗУ и ОП.
Наиболее распространенными способами реализациями ВП являются страничное, сегментное и странично-сегментное распределение памяти, а также свопинг.
При страничной организации памяти виртуальное адресное пространство каждой задачи и ОП делятся на механически равные части - страницы.
При сегментном распределении виртуальное адресное пространство задачи делится на сегменты, размер которых определяется программистом с учетом смыслового значения содержащейся в них информации. Отдельным сегментом может быть подпрограмма, массив данных и др. Иногда сегментация программы может выполняться по умолчанию компилятором.
Странично- сегментное распределение сочетает в себе достоинства обоих подходов, представляя собой их комбинацию. Всё виртуальное адресное пространство процесса делится на сегменты, а каждый сегмент – на страницы. ОП при этом делится на физические страницы. Загрузка процесса в ОП осуществляется постранично.
Свопингом называется метод организации вычислительного процесса, при котором задача, которая целиком не помещающаяся в свободной области ОП может начать выполняться, она должна быть загружена в ОП, объем которой ограничен. В соответствии с этим методом некоторые задачи, обычно находящиеся в состоянии ожидания, целиком могут отгружаться (откачиваться) на диск, а на их место подгружаться другие.
Виртуальное адресное пространство каждой задачи-это список страниц, на которые разделена задача процесса, в каждой из которых содержится ссылка на ресурс, необходимый для работы.
Таблицу страниц- отдельная информационная структура, в которой устанавливается соответствие виртуальных страниц с определенными номерами физическим страницам с определенными номерами.
В таблице страниц содержится управляющая информация (УИ): признак модификации страницы, признак невыгружаемости (выгрузка некоторых страниц может быть запрещена), признак обращения к странице (используется для подсчета обращений к странице за определенный период времени), а также некоторые другие данные создаваемые и используемые механизмом ВП.
При каждом обращении к памяти происходит чтение из таблицы страниц информации о виртуальной странице, к которой произошло обращение. Если данная виртуальная страница находится в ОП, выполняется преобразование виртуального адреса в физический. Если же нужная ВС отгружена на диск, то генерируется страничное прерывание и организуется процедура подкачки. Процесс переводится в состояние ожидания, и активизируется другой процесс, из очереди готовых. Параллельно с этим программа обработки страничного прерывания находит на диске требуемую страницу и пытается загрузить её в ОП. Если в памяти имеется свободная ФС, то соответствующая ВС подгружается в ОП, если же свободных страниц нет, то реализуется процедура выталкивания из ОП какой-нибудь страницы. Критерии выбора выталкиваемой ВС могут быть различными.
На производительность системы со страничной организацией памяти влияют временные затраты, связанные с обработкой страничных прерываний и преобразованием виртуального адреса в физический. Чем чаще возникает страничное прерывание, тем больше времени тратится на перемещение страниц. Чтобы уменьшить частоту страничных прерываний, нужно увеличить размер страницы. Увеличение размера страницы уменьшает размер таблицы страниц, а значит, и уменьшает затраты памяти. Но, с другой стороны, чем больше размер виртуальной страницы, тем больше памяти занимает фиктивная область в конце последней виртуальной страницы каждой программы.
Сегментно-страничный сложил преимущества обоих видов управления, входящих в него, поэтому он является рациональным, по отношению к другим.
Подкачка- загрузка страниц из ЗУ в ОП. Страницы или сегменты, нужные процессу, загружаются в ВП и занимают физический адрес в ОП.
Откачка страниц служит для наиболее эффективного использования ресурсов и для достижения оптимальных скоростных характеристик.
Подкачка по требованию, опережающая подкачка и предварительное размещение.
Стратегия выталкивание случайной страницы (RND).
Выталкивание реже всего используемой страницы (LFU).
Стратегия выталкивание первой пришедшей страницы (FIFO).
Выталкивание дольше всего не использовавшейся страницы (LRU).
Это необходимо для освобождения ресурса ОП, служащего для выполнения других процессов, т.е. выгрузка страниц и их загрузка поддерживают мультипроцессорность системы.
LRU-стек. На вершине стека указана страница, к которой процессор только, что работал. По мере удаления от вершины стека указаны страницы к которым процессор реже обращался в последнее время (с момента загрузки).
LFU-стек. По мере удаления от вершины стека указаны страницы, к которым было меньше обращений в последнее время (с момента загрузки). Кроме № страницы указано количество обращений к ней.
FIFO-стек. По мере удаления от вершины стека указаны страницы, которые появились в ОП раньше.
В лабораторной работе моделируется последовательное выполнение команд, которые условно подразделяются на следующие типы:
• Простые команды
• Команды передачи управления
• Команды доступа к данным
При выполнении простой команды происходит один доступ к странице ОП, на которой расположена команда, для выборки команды.
При выполнении команды передачи управления происходит один доступ к странице ОП, на которой расположена команда. После её выполнения в ОП будет подгружаться новая страница, на которую команда передала управление. При необходимости текущая страница может быть выгружена на диск.
При выполнении команды доступа к данным происходит два доступа к ОП, первый – к странице, на которой расположена команда, второй – к странице, на которой расположены данные. Произойдёт подгрузка новой страницы с данными в ОП, но и текущая страница должна сохранится в ОП, т.к. с неё будет считываться следующая команда.
При моделировании принимается следующее упрощение: каждая команда программы (задачи) расположена относительно предшествующей со смещением в 100 байт.
Т.к. используется страничное управление памятью, виртуальное адресное пространство симулируемого процесса, разделено автоматически на равные, неравномерно требующие ресурсов части.
Заключение
В ходе данной лабораторной работы мы изучили принципы формирования виртуальной памяти с помощью программы, наглядно показывающей способы откачки страниц из ВП. Познакомились с видами организации ВП.