Giáo trình hướng dẫn phân tích chuyển địa chỉ trong kỹ thuật table indecator kết hợp paging p2 pptx

các phần tử bảng trang một trường mới, tạm gọi là trường LRU, trường này ghi
nhận thời điểm trang tương ứng được truy xuất gần đây nhất. Và thêm vào cấu trúc
của CPU một bộ đếm (Counter). Mỗi khi có sự truy xuất bộ nhớ thì Counter tăng
lên một đơn vị. Mỗi khi một trang trên bộ nhớ được truy xuất thì giá trị của
Counter sẽ được ghi vào trường LRU tại phần tử trong bảng trang tương ứng với
trang này. Như vậy trang được chọn để thay thế là trang có LRU là nhỏ nhất.
 Sử dụng Stack: trong cách này hệ điều hành sử dụng một Stack để lưu
trữ số hiệu của các trang đã được nạp vào bộ nhớ chính. Khi một trang được truy
xuất thì số hiệu của trang này sẽ được xóa khỏi Stack tại vị trí hiện tại và được đưa
lên lại đỉnh Stack. Như vậy trang có số hiệu nằm ở đỉnh stack là trang được sử
dụng gần đây nhất, trang có số hiệu nằm ở đáy stack là trang lâu nay ít được sử
dụng nhất. Và trang được chọn để thay thế là các trang có số hiệu nằm ở đáy stack.
 Thuật toán Optinal (tối ưu)
Theo thuật toán này thì trang được hệ điều hành chọn để thay thế là trang sẽ lâu
được sử dụng nhất trong tương lai. Bảng sau đây minh hoạ cho việc chọn trang để
swap out và thay thế của thuật toán Optinal:
2 3 2 1 5 2 4 5 3 2 5 2

Frame
1
2 2 2 2 2 2 4 4 4 2 2 2


Frame
2
3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3


Frame
3
1 1 5 5 5 5 5 5 5 5

F F F
Theo bảng trên thì trong trường hợp này chỉ xảy ra 3 lỗi trang, khi hệ điều
hành cần nạp trang 5 vào bộ nhớ thì nó phải đưa trang 1 ra ngoài để lấy frame3 nạp
trang 5, vì hệ điều hành cho rằng trang 1 là trang sẽ lâu được s ử dụng trong t ương
lai.
Mặc dầu thuật toán này ít xảy ra lỗi trang hơn, nhưng trong thực tế khó có
thể cài đặt được vì hệ điều hành khó có thể đoán trước được khi nào thì một trang
được truy xuất trở lại. Thuật toán này không chiu tác động của nghịch lý Belady.
Chú ý: Các tài liệu về hệ điều hành đã đưa ra rất nhiều thuật toán thay trang, nhưng
chúng tôi không trình bày ở đây, các bạn có thể tìm đọc ở tài liệu tham khảo [1] và
[2].
III.15. Cấp phát khung trang
Với kỹ thuật bộ nhớ ảo phân trang thì hệ điều hành không cần và cũng không thể
mang tất cả các page của một tiến trình nạp vào bộ nhớ chính để chuẩn bị thực
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e

V
i

e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h

a
n
g
e

V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
hiện. Vì vậy hệ điều hành cần phải quyết định nạp bao nhiêu page, bao nhiêu tiến

trình vào bộ nhớ. Hay chính xác hơn là nạp bao nhiêu tiến trình và mỗi tiến trình
được nạp bao nhiêu page vào bộ nhớ (được cấp bao nhiêu khung trang). Hệ điều
hành có thể quyết định vấn đề này theo các chọn lựa sau đây:
 Chỉ có một lượng nhỏ, có thể là tối thiểu, các page của tiến trình được
nạp vào bộ nhớ. Như vậy hệ điều hành sẽ nạp được nhiều tiến trình vào bộ nhớ tại
bất kỳ thời điểm nào. Điều này làm tăng khả năng đa chương của hệ điều hành và
khả năng tìm thấy một tiến trình Ready của hệ điều hành là rất lớn nhờ vậy mà hiệu
quả điều phối của hệ điều hành tăng lên. Nhưng trong trường hợp này hệ điều hành
phải luôn chú ý đến việc nạp thêm các page của tiến trình vào bộ nhớ và hệ điều
hành khó có thể xác định được số lượng khung trang tối thiểu mà mỗi tiến trình cần
khi khởi tạo.
 Nếu có một lượng vừa phải các page của một tiến trình trong bộ nhớ
chính thì có ít hơn số tiến trình được nạp vào bộ nhớ. Như vậy sự đa chương sẽ
giảm xuống nhưng tốc độ thực hiện của tiến trình có thể được cải thiện vì khi một
chỉ thị của các page trong bộ nhớ chính cần truy xuất đến một page khác thì nhiều
khả năng page này đã có trên bộ nhớ chính. Nhưng lý thuyết hệ điều hành đã chứng
minh được rằng trong trường hợp này tỉ lệ xảy ra lỗi trang là rất lớn.
 Nếu có một lượng lớn các page của một tiến trình trong bộ nhớ chính,
thì sự đa chương sẽ giảm xuống đáng kể. Nhưng lý thuyết hệ điều hành đã chứng
minh được rằng trong trường hợp này tỉ lệ xảy ra lỗi trang là rất thấp. Mặt khác
điều này có thể gây lãng phí bộ nhớ vì có thể có các page của một tiến trình rất ít
được sử dụng khi nó ở trên bộ nhớ chính.
Theo trên thì mỗi chọn lựa đều có những điểm thuận lợi và những điểm chưa
thuận lợi riêng, do đó tùy trường hợp cụ thể mà hệ điều hành thực hiện cấp phát
khung trang cho tiến trình theo một chọn lựa nào đó, để đảm bảo có nhiều tiến trình
được nạp vào bộ nhớ chính, nhưng khả năng và tỉ lệ lỗi trang là thấp nhất và sự
lãng phí bộ nhớ là thấp nhất. Để đáp ứng điều này các hệ điều hành thường thực
hiện việc cấp phát khung trang cho các tiến trình theo hai chính sách: Cấp phát tĩnh
và Cấp phát động
 Chính sách cấp phát tĩnh (fixed – allocation): Với chính sách này hệ

điều hành sẽ cấp cho mỗi tiến trình một số lượng khung trang cố định, để nạp đủ
các page của tiến trình vào bộ nhớ để nó có thể hoạt động được. Số lượng khung
trang này được quyết định tại thời điểm khởi tạo/tạo tiến trình. Hệ điều hành cũng
có thể quyết định số lượng khung trang tối thiểu cho tiến trình dựa vào loại của tiến
trình, đó là tiến trình tương tác, tiến trình xử lý theo lô hay tiến trình theo hướng
ứng dụng. Với cấp phát tĩnh, khi có lỗi trang xảy ra trong quá trình thực hiện tiến
trình thì hệ điều hành phải swap out một page của tiến trình đó để thực hiện việc xử
lý lỗi trang.
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e

V
i
e
w
e
r
w
w
w

.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e

V
i

e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
 Chính sách cấp phát động (variable - allocation): Với chính sách này
hệ điều hành chỉ cấp một lượng vừa đủ khung trang, để nạp đủ các trang cần thiết
nhất của tiến trình, để tiến trình có thể khởi tạo và hoạt động được, sau đó tuỳ theo
yêu cầu của tiến trình mà hệ điều hành có thể cấp phát thêm khung trang cho nó, để
nạp thêm các trang cần thiết khác. Hệ điều hành thường cấp thêm khung trang cho
tiến trình khi tiến trình bị rơi vào tình trạng lỗi trang, với các tiến trình có tầng suất
xảy ra lỗi trang lớn thì hệ điều hành phải cung cấp một lượng khung trang lớn, một
cách vượt bật, đủ để tiến trình thoát ra khỏi lỗi trang và nguy cơ lỗi trang tiếp theo

là thấp nhất.
III.16. Một số vấn đề về quản lý bộ nhớ của Windows 2000
III.8.1. Nhiệm vụ quản lý bộ nhớ của Windows 2000
Thành phần quản lý bộ nhớ của Windows 2000 thực hiện hai nhiệm vụ chính sau
đây:
 Chuyển đổi, hay ánh xạ, không gian địa chỉ ảo của một tiến trình vào
bộ nhớ vật lý để khi một tiểu trình thực thi trong một ngữ cảnh của tiến trình đó,
đọc hay ghi vào không gian địa chỉ ảo thì địa chỉ vật lý chính xác sẽ được tham
chiếu.
 Phân trang một vài nội dung bộ nhớ ra đĩa (swap out) khi nó trở nên
vượt quá sự đáp ứng bộ nhớ của hệ thống. Có nghĩa là, khi việc thực thi các tiểu
trình hay mã hệ thống cố gắng sử dụng nhiều bộ nhớ vật lý hơn khả năng hiện thời
– và mang nội dụng trở lại vào bộ nhớ vật lý (swap in) khi cần.
Hệ điều hành Windows 2000 Professional và Server hỗ trợ lên đến 4GB bộ
nhớ vật lý, Windows 2000 Advanced Server thì hỗ trợ lên đến 8 GB, và Windows
2000 Datacenter Server thì lên đến 64 GB. Thực tế bộ nhớ lớn nhất cho Windows
2000 Datacenter Server phụ thuộc vào khả năng phần cứng. Bởi vì Windows 2000
là một hệ điều hành 32-bit, nên các tiến trình người sử dụng có một không gian địa
chỉ ảo 32-bit, 4GB bộ nhớ phẳng.
Ngoài việc cung cấp sự quản lý bộ nhớ ảo, trình quản lý bộ nhớ cung cấp
một tập lõi các dịch vụ mà trong đó các hệ thống con môi trường Windows 2000
khác nhau được xây dựng. Các dịch vụ này bao gồm các tập tin ánh xạ bộ nhớ, bộ
nhớ copy-on-write, và hỗ trợ cho các ứng dụng sử dụng các không gian địa chỉ lớn,
không liên tiếp.
Cũng như tất cả các thành phần của windows 2000 executive, trình quản lý
bộ nhớ hỗ trợ sự thực thi đồng thời trên các hệ thống đa xử lý. Nó cho phép hai tiểu
trình thu được các tài nguyên theo cách mà sau này chúng không làm cho hỏng dữ
liệu của mỗi tiến trình khác. Để đạt được mục tiêu này, trình quản lý bộ nhớ sử
dụng một vài cơ chế đồng bộ nội tại khác nhau để điều khiển sự truy xuất vào các
cấu trúc dữ liệu nội tại của riêng nó.

Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e

V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r

a
c
k
.
c
o
m
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e

V
i
e
w
e
r
w
w
w
.

d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
III.8.2. Các dịch vụ trình quản lý bộ nhớ cung cấp
Trình quản lý bộ nhớ cung cấp một tập các dịch vụ hệ thống để định vị và giải
phóng bộ nhớ ảo, chia sẻ bộ nhớ giữa các tiến trình, ánh xạ các tập tin vào bộ nhớ,
flush các trang ảo vào đĩa, truy lục thông tin về một vùng các trang ảo, thay đổi sự
bảo vệ của các trang ảo, và khoá các trang ảo vào bộ nhớ.
Trình quản lý bộ nhớ cũng cung cấp một lượng các dịch vụ, như định vị và bỏ
định vị bộ nhớ vật lý và khoá các trang trong bộ nhớ vật lý cho các trao đổi truy
xuất bộ nhớ trực tiếp (DMA), đến các thành phần chế độ kernel khác bên trong
Executive cũng như các device driver. Các hàm này bắt đầu với tiền tố Mm. Ngoài
ra, mặc dù không hoàn toàn là một phần của trình quản lý bộ nhớ, Executive hỗ trợ
các thường trình bắt đầu với Ex mà nó được sử dụng để định vị và bỏ định vị từ các
heap hệ thống (vùng phân trang và không phân trang) cũng như để vận dụng các
danh sách look-aside.
Sau đây chúng ta sẽ xem xét một vài trong nhiều dịch vụ mà trình quản lý bộ
nhớ của Windows 2000 cung cấp:
 Bảo vệ bộ nhớ

Windows 2000 cung cấp sự quản lý bộ nhớ để không một tiến trình người sử dụng
nào, có thể không cố ý hay cố ý, làm hỏng không gian địa chỉ của các tiến trình
khác hoặc của chính hệ điều hành. Windows 2000 cung cấp sự bảo vệ này theo bốn
cách chính sau đây:
 Thứ nhất, tất cả các cấu trúc dữ liệu và các vùng bộ nhớ được sử dụng
bởi các thành phần hệ thống kernel-mode chỉ thể được truy xuất trong kernel-mode.
Các tiểu trình user-mode không thể truy xuất các page này. Nếu các tiểu trình này
cố gắng thực hiện sự truy xuất này thì phần cứng phát sinh một lỗi, và trình quản lý
bộ nhớ sẽ gởi thông báo vi phạm truy xuất đến cho tiểu trình.
 Thứ hai, mỗi tiến trình có một không gian địa chỉ riêng, tách biệt,
được bảo vệ khỏi bị truy xuất bởi bất kỳ tiểu trình nào thuộc một tiến trình khác.
Chỉ các ngoại lệ là nếu một tiến trình đang chia sẻ các trang với các tiến trình khác
hay nếu một tiến trình khác có truy xuất đọc hay ghi bộ nhớ ảo vào đối tượng tiến
trình và do đó có thể sử dụng các hàm ReadProcessMemory hay
WriteProcessMemory. Mỗi khi một tiểu trình tham chiếu một địa chỉ, phần cứng bộ
nhớ ảo, phối hợp với trình quản lý bộ nhớ, can thiệp và chuyển đổi địa chỉ ảo thành
một địa chỉ vật lý. Bằng cách điều khiển các địa chỉ ảo được chuyển đổi, Windows
2000 có thể đảm bảo các tiểu trình đang thực thi trong một tiến trình không truy
xuất bất hợp lệ một trang thuộc một tiến trình khác.
 Thứ ba, ngoài các cung cấp sự bảo vệ mặc nhiên cho việc chuyển đổi
địa chỉ ảo thành đại chỉ vật lý, tất cả các processor được hỗ trợ bởi Windows 2000
cung cấp một số hình thức bảo vệ bộ nhớ được điều khiển bởi phần cứng (như
đọc/ghi; chỉ đọc, …); chi tiết chính xác của sự bảo vệ như vậy thay đổi theo
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C

h
a
n
g
e

V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m

Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e

V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r

a
c
k
.
c
o
m
processor. Ví dụ, các page mã trong không gian địa chỉ của một tiến trình được
đánh dấu chỉ đọc và do đó được bảo vệ khỏi sự sửa đổi bởi các tiểu trình người sử
dụng. Các page mã cho các tiến trình điều khiển thiết bị cũng được đánh dấu chỉ
đọc như vậy.
 Và cuối cùng, các section object bộ nhớ chia sẻ có các danh sách điều
khiển truy xuất Windows 2000 chuẩn, mà nó được kiểm tra khi các tiến trình cố
gắng mở chúng, do đó việc giới hạn truy xuất của bộ nhớ chia sẻ đến các tiến trình
này với các quyền thích hợp. Bảo mật cũng thừa hưởng cách hoạt động khi một tiểu
trình tạo một section để chứa một tập tin ánh xạ. Để tạo một section, tiểu trình phải
có ít nhất truy xuất đọc đến đối tượng tập tin cơ sở hay thao tác sẽ lỗi.
 Copy-On-Write
Sự bảo vệ các trang copy-on-write là một sự tối ưu trong việc quản lý bộ nhớ của
Windows 2000. Để thấy được ý nghĩa của việc sử dụng các trang copy-on-write
chúng ta hãy xem ví dụ sau đây: Có hai tiến trình đang chia sẻ ba trang (page1,
page2, page3), mỗi trang được đánh dấu là copy-on-write, nhưng cả hai tiến trình
đều không sửa đổi bất kỳ dữ liệu nào trên các trang.

Hình 3.20.a: “Trước” copy-on-write
Nếu một tiểu trình của một trong hai tiến trình này ghi vào một trang, một lỗi
quản lý bộ nhớ được phát sinh. Trình quản lý bộ nhớ xem việc ghi đó là vào trang
copy-on-write, nên thay vì báo lỗi như một vi phạm truy xuất, thì nó định vị một
trang read/write mới trong bộ nhớ vật lý, sau đó sao chép nội dung của trang ban
đầu vào trang mới, cập nhật thông tin bảng trang tương ứng của tiến trình này để

trỏ đến một vị trí mới, và thao tác ghi ở trên sẽ được hệ thống chuyển hướng để
thực hiện ở trang mới này. Lần này, thao tác ghi hoàn thành, nhưng như trình bày
trong hình sau, trang được sao chép mới bây giờ là sở hữa của tiến trình thực hiện
ghi và không thấy được từ các tiến trình khác, vẫn đang chia sẻ trang copy-on-
write. Mỗi tiến trình mới ghi vào cùng trang được chia sẻ này cũng sẽ nhận bản sao
riêng của nó.
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e

V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d

o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e

V
i
e
w

e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m