作業系統（二） to be continued

阿新 • • 發佈：2022-04-22

為避免主存中的多個程序相互干擾，必須對主存中的程式和資料進行保護
- 私有主存區中的資訊：可讀可寫
- 公共區中的共享資訊：根據授權
- 非本程序資訊：不可讀寫
CPU檢查是否允許訪問，不允許則產生地址保護異常

頁的共享：不同程序通過頁的共享來完成資料共享和程式共享
快表機制：
- 原因：頁表放在主存，每次地址轉換得訪問兩次主存。降低了存取速度。
  - 第一次，訪問頁表，完成頁號到頁架號的轉換
  - 第二次，訪問主存中的絕對地址（頁架號+單元號）
- 解決：利用Cache存放部分經常訪問的頁表，快表記憶體放頁號到頁架號的對映
缺頁中斷：
- 訪問的頁不在主存，由CPU發出缺頁中斷，需要作業系統將其調入主存後再進行訪問。
  - 主存若有空閒頁架，則調入頁
  - 主存若無空閒頁架，則通過頁面排程演算法淘汰頁，如果調出的頁有修改，則寫回磁碟
  - 更新快表和頁表

基本思想：把程序的所有分段都存放在輔存中，程序執行時先把當前需要的一段或幾段裝入主存，在執行過程中訪問到不在主存的段時再把它們動態裝入。引入段表。
分段把主存分為多個段，段定義一組邏輯資訊，程式碼段、資料段、堆疊段等等。更符合使用者的需要。而分頁是為了消減記憶體的外零頭，通過離散分配和固定頁架大小實現，提高記憶體利用率。頁大小是固定的，段大小是可變的

排程演算法	原理
OPT（最佳）	當要調入新頁面時，首先淘汰以後不再訪問的頁，然後選擇距現在最長時間後再訪問的頁。只可模擬，不可實現。
FIFO（先入先出）	總是淘汰最先調入主存的那一頁，或者說主存駐留時間最長的那一頁。只考慮到程式執行的順序性，沒考慮到迴圈性。
LRU（最近最少使用）	淘汰最近一段時間較久未被訪問的那一頁。嚴格實現的代價大(需要維持特殊佇列)
LFU（最不常用）	淘汰最近一段時間內訪問次數較少的頁面。每訪問頁1次就給這個頁計數器加1，選擇計數值最小的頁面淘汰。
CLOCK（時鐘排程）	採用迴圈佇列機制構造頁面佇列，形成了一個類似於鐘錶面的環形表。佇列指標則相當於鐘錶面上的錶針，指向可能要淘汰的頁面。頁面調入主存或被訪問時，其引用標誌位置1。淘汰頁面時，從指標當前指向的頁面開始掃描迴圈佇列。把所遇到的引用標誌位是1的頁面的引用標誌位清0，並跳過。把所遇到的引用標誌位是0的頁面淘汰，指標推進一步。每次逐出最近未使用的，是對LRU的一個低成本的模擬。LRU演算法快取淘汰演算法雖然好，但是它的時間複雜度一定是o(n)，因為需要遍歷歷史的資料。

記憶體管理單元MMU：CPU管理虛擬/物理儲存器的控制線路，把虛擬地址對映為實體地址，並提供儲存保護，必要時確定淘汰頁面
反置頁表
- MMU用的資料結構，表項包含：正在訪問該頁框的程序標識、頁號、標誌位（有效、修改、鎖定等資訊）、雜湊鏈指標。
- 反置頁表是以頁架號為索引，根據頁架號來查頁號，完成實體地址到邏輯地址的轉換
反置頁表引入原因：
- 一般頁表存在的問題：大多數的作業系統會為每個程序提供一個頁表。很佔實體記憶體。
- 反置頁表，所有程序共同使用一張頁表，這張頁表中的條目的數量和記憶體中物理的頁框的數量是一樣的，控制了頁表的大小。使用反置頁表雖然減少了記憶體的浪費，但是增加了查詢時間並且增加了共享記憶體的難度。
基於反置頁表的地址轉換過程：
- MMU通過雜湊表把程序標識和虛頁號轉換成一個雜湊值，指向反置頁表的一個表目
- MMU遍歷雜湊鏈找到所需程序的虛頁號，該項的索引就是頁架號，通過拼接位移便可生成實體地址
- 若遍歷整個反置頁表中未能找到匹配頁表項，說明該頁不在記憶體，產生缺頁中斷，請求作業系統調入