Chương 6 Quản lý bộ nhớ

TT Công Nghệ Thông Tin, Đại Học Công Nghiệp TP HCM
9.2
6. Quản lý bộ nhớ
6. Quản lý bộ nhớ

Khái niệm cơ sở

Nhiệm cụ của quản lý bộ nhớ

Overlay và swapping

Mô hình quản lý bộ nhớ đơn giản
–
Fixed partitioning
–
Dynamic partitioning
–
Cơ chế phân trang (paging)
–
Cơ chế phân đoạn (segmentation)
TT Công Nghệ Thông Tin, Đại Học Công Nghiệp TP HCM
9.3
Khái niệm cơ sở
Khái niệm cơ sở

Quản lý bộ nhớ là công việc của hệ điều hành
với sự hỗ trợ của phần cứng nhằm phân phối,
sắp xếp các process trong bộ nhớ sao cho hiệu
quả.


Mục tiêu cần đạt được là nạp càng nhiều
process vào bộ nhớ càng tốt (gia tăng mức độ
đa chương)

Trong hầu hết các hệ thống, kernel sẽ chiếm
một phần cố đònh của bộ nhớ; phần còn lại phân
phối cho các process.
TT Công Nghệ Thông Tin, Đại Học Công Nghiệp TP HCM
9.4
Khái niệm cơ sở
Khái niệm cơ sở

Các yêu cầu đối với việc quản lý bộ nhớ
–
Cấp phát bộ nhớ cho các process
–
Tái đònh vò (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 đòa chỉ nhớ luận lý của user vào đòa
chỉ thực
TT Coõng Ngheọ Thoõng Tin, ẹaùi Hoùc Coõng Nghieọp TP HCM
9.5
Nhim v ca qun lý b nh
Nhim v ca qun lý b nh

Trong cỏc h thng n chng trỡnh
(uniprogramming), trờn b nh chớnh ngoi h
iu hnh, ch cú mt chng trỡnh ang thc
hin.

Trong cỏc h thng a chng
(multiprogramming) trờn b nh chớnh ngoi h
iu hnh, cú th cú nhiu tin trỡnh ang hot
ng.

Do ú nhim v qun lý b nh ca h iu hnh
trong h thng a chng trỡnh s phc tp hn
nhiu so vi trong h thng n chng trỡnh.
TT Coõng Ngheọ Thoõng Tin, ẹaùi Hoùc Coõng Nghieọp TP HCM
9.6
Nhim v ca qun lý b nh
Nhim v ca qun lý b nh

a bt k mt tin trỡnh no ú vo b nh khi
nú cú yờu cu, k c khi trờn b nh khụng cũn
khụng gian trng,

Bo v chớnh h iu hnh v cỏc tin trỡnh trờn
b nh trỏnh cỏc trng hp truy xut bt hp l
xy ra.
TT Coõng Ngheọ Thoõng Tin, ẹaùi Hoùc Coõng Nghieọp TP HCM
9.7
Nhim v ca qun lý b nh
Nhim v ca qun lý b nh

B phn qun lý b nh phi thc hin cỏc nhim
v sau õy:

S tỏi nh v (Relocation): khụng gian b nh chớnh
thng c chia s cho nhiu tin trỡnh khỏc nhau v
yờu cu b nh ca cỏc tin trỡnh luụn > khụng gian
b nh vt lý m h thng cú c.

Do dú, mt chng trỡnh ang hot ng trờn b nh
cng cú th b a ra a (swap-out) v nú s c
a vo li (swap-in) b nh ti mt thi im thớch
hp.
TT Coõng Ngheọ Thoõng Tin, ẹaùi Hoùc Coõng Nghieọp TP HCM
9.8
Nhim v ca qun lý b nh
Nhim v ca qun lý b nh

Vn t ra l khi a mt chng trỡnh vo li b nh
thỡ h iu hnh phi nh v nú vo ỳng v trớ m nú ó
c np trc ú.

thc hin c iu ny h iu hnh phi cú cỏc c
ch ghi li tt c cỏc thụng tin liờn quan n mt
chng trỡnh b swap-out, cỏc thụng tin ny l c s
h iu hnh swap-in chng trỡnh vo li b nh chớnh
v cho nú tip tc hot ng.
TT Coõng Ngheọ Thoõng Tin, ẹaùi Hoùc Coõng Nghieọp TP HCM
9.9
Nhim v ca qun lý b nh

Nhim v ca qun lý b nh

Bo v b nh (Protection): Mi tin trỡnh phi
c bo v chng li s truy xut bt hp l
vụ tỡnh hay cú ch ý ca cỏc tin trỡnh khỏc.

thc hin iu ny h thng qun lý b nh
phi bit c khụng gian a ch ca cỏc tin
trỡnh khỏc trờn b nh v phi kim tra tt c cỏc
yờu cu truy xut b nh ca mi tin trỡnh khi
tin trỡnh a ra a ch truy xut.
TT Coõng Ngheọ Thoõng Tin, ẹaùi Hoùc Coõng Nghieọp TP HCM
9.10
Nhim v ca qun lý b nh
Nhim v ca qun lý b nh

Chia s b nh (Sharing): Bt k mt chin lc
no c ci t u phi cú tớnh mm do
cho phộp nhiu tin trỡnh cú th truy cp n
cựng mt a ch trờn b nh chớnh

Vớ d, khi cú nhiu tin trỡnh cựng thc hin mt
chng trỡnh thỡ vic cho phộp mi tin trỡnh
cựng truy cp n mt bn copy ca chng trỡnh
s thun li hn khi cho phộp mi tin trỡnh truy
cp n mt bn copy s hu riờng.
TT Coõng Ngheọ Thoõng Tin, ẹaùi Hoùc Coõng Nghieọp TP HCM
9.11
Nhim v ca qun lý b nh
Nhim v ca qun lý b nh

T chc b nh logic (Logical organization): B
nh chớnh ca h thng mỏy tớnh c t chc
nh l mt dũng hoc mt mng, khụng gian a
ch bao gm mt dóy cú th t cỏc byte hoc cỏc
word. B nh ph cng c t chc tng t.
TT Coõng Ngheọ Thoõng Tin, ẹaùi Hoùc Coõng Nghieọp TP HCM
9.12
Nhim v ca qun lý b nh
Nhim v ca qun lý b nh

T chc b nh vt lý (Physical organization):
b nh mỏy tớnh c t chc theo 2 cp: b nh
chớnh v b nh ph.

B nh chớnh cung cp mt tc truy
cp d liu cao, nhng d liu trờn nú
phi c lm ti thng xuyờn v
khụng th tn ti lõu di trờn nú.

B nh ph cú tc truy xut chm v
r tin hn so vi b nh chớnh nhng nú
khụng cn lm ti thng xuyờn.
TT Công Nghệ Thông Tin, Đại Học Công Nghiệp TP HCM
9.13
Cơ chế overlay
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
TT Công Nghệ Thông Tin, Đại Học Công Nghiệp TP HCM
9.14
Cơ chế swapping
Cơ chế swapping

Một process có thể tạm thời bò 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 P
1
(vừa tiêu thụ hết
quantum của nó), swap in P
2
, thực thi P
3
,…

–
Roll out, roll in: dùng trong cơ chế đònh thời
theo độ ưu tiên (priority-based scheduling)

Process có độ ưu tiên thấp hơn sẽ bò 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
TT Coõng Ngheọ Thoõng Tin, ẹaùi Hoùc Coõng Nghieọp TP HCM
9.15
Minh hoùa cụ cheỏ swapping
Minh hoùa cụ cheỏ swapping
TT Công Nghệ Thông Tin, Đại Học Công Nghiệp TP HCM
9.16
Kỹ thuật cấp phát bộ nhớ
Kỹ thuật cấp phát bộ nhớ
(nạp chương trình vào bộ nhớ chính)
(nạp chương trình vào bộ nhớ chính)

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 vùng cố đònh (fixed partitioning)
–
Phân vùng động (dynamic partitioning)
–
Phân trang đơn giản (simple paging)
–
Phân đoạn đơn giản (simple segmentation)
TT Coõng Ngheọ Thoõng Tin, ẹaùi Hoùc Coõng Nghieọp TP HCM
9.17
K thut phõn vựng c nh
K thut phõn vựng c nh
(Fixed Partitioning)
(Fixed Partitioning)

B nh chớnh c chia thnh 2 phn c nh:

Phn nm vựng a ch thp dựng cha chớnh h
iu hnh

Phn cũn li, tm gi l phn user program, l sn
sng cho vic s dng ca cỏc tin trỡnh khi cỏc tin
trỡnh c np vo b nh chớnh.

Trong cỏc h thng n chng, phn user program cp
cho mt chng trỡnh duy nht=> nhim v qun lý b
nh ca h iu hnh trong trng hp ny ch kim
soỏt s truy xut b nh ca chng trỡnh ngi s
dng, khụng cho nú truy xut lờn vựng nh ca h iu

hnh.
TT Coõng Ngheọ Thoõng Tin, ẹaùi Hoùc Coõng Nghieọp TP HCM
9.18
K thut phõn vựng c nh
K thut phõn vựng c nh
(Fixed Partitioning)
(Fixed Partitioning)

Trong cỏc h thng a chng, phn user program li
c phõn ra thnh nhiu phõn vựng (partition) vi cỏc
vựng c nh cú kớch thc bng nhau hay khụng bng
nhau.

Trong trng hp ny mt tin trỡnh cú th c np
vo bt k partition no nu kớch thc ca nú nh hn
hoc bng kớch thc ca partition v partition ny cũn
trng.
TT Coõng Ngheọ Thoõng Tin, ẹaùi Hoùc Coõng Nghieọp TP HCM
9.19
K thut phõn vựng c nh
K thut phõn vựng c nh
(Fixed Partitioning)
(Fixed Partitioning)

Khi cú tin trỡnh cn c np vo b nh nhng
tt c cỏc partition u ó cha cỏc tin trỡnh
khỏc thỡ h iu hnh cú th chuyn mt tin
trỡnh hp l (kớch thc va , khụng ang
trng thỏi ready hoc running, khụng cú quan h
vi cỏc tin trỡnh running khỏc, ), ra ngoi

(swap out), ly partition trng ú np tin
trỡnh va cú yờu cu.

õy l nhim v phc tp ca h iu hnh, h
iu hnh phi chi phớ cao cho cụng vic ny.
TT Coõng Ngheọ Thoõng Tin, ẹaùi Hoùc Coõng Nghieọp TP HCM
9.20
K thut phõn vựng c nh
K thut phõn vựng c nh
(Fixed Partitioning)
(Fixed Partitioning)

Cú hai tr ngi trong vic s dng cỏc phõn vựng c
nh vi kớch thc bng nhau:

Th nht:

Khi kớch thc ca chng trỡnh l quỏ ln so vi
kớch thc ca mt partition -> phi thit k chng
trỡnh theo cu trỳc overlay.

Cu trỳc chng trỡnh overlay tit kim c b nh
nhng yờu cu cao ngi lp trỡnh.
TT Coõng Ngheọ Thoõng Tin, ẹaùi Hoùc Coõng Nghieọp TP HCM
9.21
K thut phõn vựng c nh
K thut phõn vựng c nh
(Fixed Partitioning)
(Fixed Partitioning)

Th hai

Khi kớch thc ca mt chng trỡnh nh hn kớch
thc ca mt partition hoc ln hn kớch thc ca
mt partition nhng khụng phi l bi s ca kớch
thc mt partition thỡ d xy ra hin tng phõn
mnh bờn trong (internal fragmentation) b nh, gõy
lóng phớ b nh.

Vớ d, nu cú 3 khụng gian trng kớch thc 30K nm
rói rỏc trờn b nh, thỡ cng s khụng np c mt
modun chng trỡnh cú kớch thc 12K, hin tng ny
c gi l hin tng phõn mnh bờn trong.
TT Coõng Ngheọ Thoõng Tin, ẹaùi Hoùc Coõng Nghieọp TP HCM
9.22
K thut phõn vựng c nh
K thut phõn vựng c nh
(Fixed Partitioning)
(Fixed Partitioning)

Phõn vựng c nh vi kớch thc partition khụng bng
nhau:

Cú hai cỏch la chn khi a mt tin trỡnh vo
partition:

Mi phõn vựng cú mt hng i tng ng.

Khi cn c np vo b nh nú s c a n
hng i ca phõn vựng cú kớch thc va

cha nú, vo/ i c vo phõn vựng.

Tuy nhiờn cỏc tip cn ny kộm linh ng vỡ cú th
cú mt phõn vựng ang trng, trong khi cú nhiu tin
trỡnh ang phi i c np vo cỏc phõn vựng
khỏc, iu ny gõy lóng phớ trong vic s dng b
nh.
TT Coõng Ngheọ Thoõng Tin, ẹaùi Hoùc Coõng Nghieọp TP HCM
9.23
K thut phõn vựng c nh
K thut phõn vựng c nh
(Fixed Partitioning)
(Fixed Partitioning)

Dựng mt hng i chung cho tt c cỏc phõn vựng:

Cỏc tin trỡnh mun c np vo phõn vựng nhng
cha c vo s c a vo hng i chung ny.

Nu cú mt phõn vựng trng thỡ h thng s xem xột
a mt tin trỡnh cú kớch thc va vo phõn
vựng trng ú.

Cỏch tip cn ny linh ng hn so vi vic s dng
nhiu hng i nh trờn

Tuy nhiờn vic chn tin trỡnh a vo phõn vựng
l mt vic lm khỏ phc tp vỡ nú phi da vo
nhiu yu t nh: u tiờn, trng thỏi hin ti, cỏc
mi quan h ca tin trỡnh,

TT Coõng Ngheọ Thoõng Tin, ẹaùi Hoùc Coõng Nghieọp TP HCM
9.24
K thut cp phỏt b nh
K thut cp phỏt b nh
(np chng trỡnh vo b nh chớnh)
(np chng trỡnh vo b nh chớnh)
TT Coõng Ngheọ Thoõng Tin, ẹaùi Hoùc Coõng Nghieọp TP HCM
9.25
K thut cp phỏt b nh
K thut cp phỏt b nh
(np chng trỡnh vo b nh chớnh)
(np chng trỡnh vo b nh chớnh)

C hai loi ny cũn mt s hn ch sau õy:

S lng cỏc tin trỡnh cú th hot ng trong h
thng ti mt thi im ph thuc vo s lng cỏc
phõn vựng c nh trờn b nh.

Nu kớch thc ca tin trỡnh nh hn kớch thc ca
mt phõn vựng thỡ cú th dn n hin tng phõn
mnh ni vi gõy lóng phớ trong vic s dng b nh.

S phõn vựng c nh ớt c s dng trong cỏc h
iu hnh hin nay.