Algoritmy nahrazování stránek paměti
Obsah |
Relokace při zavedení do paměti
Program volá instrukci na adrese 66 ale sám v paměti běží až od adresy 1000. Tedy instrukce se nechází na adrese 1066. - Při zavedení programu do paměti provede Linker modifikaci, aby adresy souhlasily
Mechanismus báze a limitu (Dynamická relokace)
Jednotka správy paměti (MMU) mezi procesorem a pamětí obsahuje dva registry:
- báze - počáteční adresa oblasti
- limit - velikost oblasti
Dostává adresu od CPU a pževádí ji na adresu v paměti
Pojmy
- virtuální paměť - stránky (pages) stejné délky
- fyzická paměť - rámce (stejné délky)
- rámec může obsahovat právě jednu stránku
- na známém místě v paměti tabulka stránek, poskytuje mapování virtuálních stránek na rámce
Výpadek stránky
- Pokud všechny rámce obsazené a nastane výpadek stránky, je nutné některou stránku vyhodit a rámec uvolnit (dojde k přerušení, zavede se požadovaná stránka, program může pokračovat v běhu)
- Vyhození
- Pokud byla stránka modifikována, zapíše se na disk
- Pokud oproti kopii na disku nebyla modifikovaná, bude pouze uvolněna
- Otázka - kterou stránku vyhodit?
Tabulka stránek procesu - v MMU, obsahuje stránky daného procesu, mapuje číslo stránky na fyzickou adresu rámce, řeší realokaci a ochranu
Algoritmus FIFO
- Udržujeme seznam všech stránek v pořadí, ve kterém byly zavedeny
- Vyhazujeme nejstarší stránku (je možné, že se vyhodí stránka, která se bude brzy potřebovat)
Algoritmus MIN/OPT
- V paměti je množina stránek, každá stránka je označena počtem instrukcí, po který se k ní nebude přistupovat
- V okamžiku výpadku stránky se vybere stránka s nejvyšším označením
- Algoritmus je optimální, tj. vybere se stránka, která bude zapotřebí nejvzdáleněji v budoucnosti
- Není realizovatelný (neexistuje způsob, jakým by OS mohl zjistit, která stránka bude zapotřebí jako příští)
Algoritmus Least Recently Used
nejdele nepouzita (pohled do minulosti)
- princip lokality
- stranky pouzivane v poslednich instrukcich se budou pravdepodobne pouzivat i v nasledujicich
- pokud se stranka dlouho nepouzivala, pravdepodobne nebude brzy zapotrebi
Vyhazovat zbozi, na kterem je v prodejne nejvice prachu = nejdele nebylo pozadovano
- Obtizna implementace
- sw reseni (neni pouzitelne)
- seznam stranek v poradi referenci
- vypadek - vyhozeni stranky ze zacatku seznamu
- zpomaleni cca 10x, nutna podpora hw
- hw reseni - citac
- MMU obsahuje citac (64bit), pri kazdem pristupu do pameti zvetsen
- kazda polozka v tabulce stranek - pole pro ulozeni citace
- odkaz do pameti
- obsah citace se zapise do polozky pro odkazovanou stranku
- vypadek stranky - vyhodí se stranka s nejnizsim cislem
Realizece čítače pomocí matice
Algoritmus Not-Recently-Used
- Bit R - nastaven na 1 při čtení nebo zápisu do stránky
- Bit M - nastaven na 1 při zápisu do stránky; označuje, že se stránka má při vyhození zapsat na disk
Na začátku mají všechny stránky R=0, M=0, bit R je OS nastavován periodicky na 0
4 kategorie:
- Třída 0: R=0, M=0
- Třída 1: R=0, M=1
- Třída 2: R=1, M=0
- Třída 3: R=1, M=1
Algoritmus vyhodí stránku z nejnižší neprázdné třídy, výběr mezi stránkami ve stejné třídě je náhodný Jednoduchý, efektivně implementovatelný, ale nevýkonný
(R = referenced)
Algoritmus Second Chance
- Vychází z algoritmu FIFO
- Vyhledává nejstarší stránku, která nebyla referencována v poslední době
- Pokud byly všechny referencovány => FIFO
Snaží se zabranit vyhozeni casto pouzivane - dle bitu R nejstarsi stranky R = 0 ... stranka je nejstarsi, nepouzivana, vyhodime. Pokud R = 1 ... nastavme R=0, presuneme na konec seznamu stranek (jako by byla nove zavedena) a vezmeme další v pořadí.
Algoritmus Clock
Optimalizace datovych struktur algoritmu Second Chance
- Stranky udrzovany v kruhovem seznamu
- Ukazatel na nejstarsi stranku { "rucicka hodin\
- Vypadek stranky { najit stranku k vyhozeni
- Stranka kam ukazuje rucicka
- ma-li R=0, stranku vyhodime a rucicku posuneme o jednu pozici
- ma-li R=1, nastavime R na 0, rucicku posuneme o 1 pozici, opakovani,..
- Od SC se lisi pouze implementaci
- Varianty Clock pouzivaji napr. BSD UNIX
Algoritmus Aging
- Každá položka má pole „stáří“, na počátku = 0
- Při každém přerušení časovače - posun pole „stáří“ o 1 bit vpravo, zleva se přidá hodnota bitu R, nastavení R na 0
- Při výpadku stránky se vyhodí stránka, jejíž pole „stáří“ má nejnižší hodnotu
