آموزش سیستم های عامل - بخش هشتم

عاملآموزش سیستم های

faradars.org/fvsft103

:مدرسفرشید شیرافکن

دانشجوی دکتری دانشگاه تهران (بیو انفورماتیک: دکتری( )کامپیوتر نرم افزار: کارشناسی و کارشناسی ارشد )

سیستم های عامل

1

فرادرس

FaraDars.org



2

:ششمفصل

حافظهمدیریت ( حافظه مجازی: بخش دوم)

فرادرس

FaraDars.org



حافظه مجازی.گردداجراباشدحافظهدرکامالاینکهبدونفرایندشودمیموجبکهاستتکنیکیمجازیحافظه

.کرداجرارافیزیکیحافظهازبزرگترایبرنامهتوانمیتکنیک،اینازاستفادهبا

.می کندرهااصلیحافظههایمحدودیتازراکاربرومی سازدممکنموثریصورتبهراچندبرنامگیمجازیحافظه

3

تهداشقراراصلیحافظهدراجرا،حالدرفرایندیک(قطعه هاییا)صفحه هاتمامنداردلزومیدیگرمجازیحافظهکمکبه

.می شودآوردهحافظهبهعاملسیستمتوسطبرنامه،آغازحاویتکهچندیایکابتدادروباشند

.کندمیتفکیکفیزیکیحافظهازراکاربرمنطقیحافظهمجازی،حافظه

.شودفراهمنویسبرنامهبرایبزرگیمجازیحافظهاست،کمفیزیکیحافظهکهحالتیدرشودمیموجبتفکیکاین

فرادرس

FaraDars.org



نمیذاریجایگکدوفیزیکیحافظهنگراننویسبرنامهزیراکند،میسادهرانویسیبرنامهمجازی،حافظه

.باشد

یناومی شودایجادوقفهیکنباشد،حافظهدرمقیممجموعهدرکهشودرجوعآدرسیبهاجراحیندراگر

ربعاملسیستمبهدوبارهکنترلسپسمی شود،حافظهواردنظرموردتکهومی شودمسدودفرایند

.گرداندبرمیآمادهحالتبهرامسدودفرایندومی گردد

.می گویندمقیممجموعهدارد،قراراصلیحافظهداخلواقعاًکهفرایندازبخشیبه

4

فرادرس

FaraDars.org



عناصر الزم برای موثر بودن حافظه مجازی

(بندیقطعهیا)بندیصفحهکارگیریبهبرایافزاریسختحمایت-1

.اصلیحافظهوثانویحافظهبین(قطعه هایا)صفحه هاانتقالبرایافزارینرمحمایت-2

5

فرادرس

FaraDars.org



روش های پیاده سازی حافظه مجازی

(Demand Paging)صفحه بندی درخواستی -1

(Demand Segmentation)قطعه بندی درخواستی-2

(Hybrid Paging and Segmentation)قطعه بندی صفحه بندی شده -3

6

فرادرس

FaraDars.org



صفحه بندی درخواستیاده،سبندیصفحهمانند،(درخواستیبندیصفحه)مجازیحافظهبرایبندیصفحهدر

تقسیم(page)صفحه هابهبرنامهو(fram)قابنامبهاندازههمتکه هایبهاصلیحافظه

.می شود

افظهحقابهایدرفرایندیکصفحه هایتمامنداردلزومیساده،بندیصفحهخالفبراما

افظهحبهاستنیازموردکهفرایندازصفحاتیتنهاوشوداجرافرایندتاباشنداصلی

.شوندمیآوردهاصلی

.استمبادلهوبندیصفحهازتلفیقیروشاین

7

فرادرس

FaraDars.org



.استصفحهقابشمارهیافتنصفحه، نگاشتازاصلیهدف(#F)صفحهشماره قاب

.استبودهمراجعهبدونحافظهدربیشتریمدتصفحهآنیعنیکمتر،چههر(Age)سن

(R)بیت مراجعه شده(Referenced)

.شودمی1برابربیت اینگیرد،انجامصفحهیکبهنوشتنیاخواندنمراجعه، یکاگر

(M)بیت تغییر یافته(Modified)

.کندمی1رابیتایناتوماتیکصورتبهافزارسختشود، انجامصفحهیکرویبرنوشتنعملاگر

(Valid)بیت اعتبار استفادهصفحهایندرونهایآدرسازنویسبرنامهیعنیباشد،1ایصفحهبرایبیتایناگر

.استاستفاده بدونصفحه یعنیباشد،0اگر.استکرده

فیلدهای یک درایه جدول صفحه

8

.ندباشمیاستفادهقابلدرایهاینفیلدهایسایروداردقرارحافظهدرصفحه یعنیباشد،1بیتایناگر(P/A)غیاب-بیت حضور

.کندمیمشخصرامجازدسترسینوعهابیتاینبیت های حفاظت

فرادرس

FaraDars.org



(Page Fault)صفحه خطای نقص

صفرنظرموردصفحهبرایراحضوربیتوکندمراجعهصفحهجدولبهMMUاگر

.استدیسکرویبرصفحهکهشودمی متوجهببیند،

.افتدمیعاملسیستم(trap)تلهدرپردازندهحالتدراین

.گویندمیصفحهنقصخطایتله،اینبه

.استعاملسیستمعهدهبرآنمدیریت

9

فرادرس

FaraDars.org



Page Faultهندل

10

فرادرس

FaraDars.org


faradars.org/fvsft103مثالکدام.بگیریدنظردررازیرصفحهجدولباشد،میبایت64برابرصفحههراندازهکهبندیصفحهحافظهسیستمیکدر

کند؟میتولیدصفحهخطایآدرس

in/out Frameout 00101in 00001in 11011in 11010

out 10001

out 10101

out 11000in 00101... ...

a) 0000101101001

b) 0000010010010

11

a) 0000101 101001 p# = 5 PF

b) 0000010 010010 p# = 2

in/out0 out1 in2 in3 in4 out5 out6 out7 in

فرادرس

FaraDars.org



1k=1024شاملصفحههروصفحه4k=4096شاملمجازیآدرسکهبگیریدنظردررابندیصفحهمجازیحافظهسیستمیک

(.استبیتی10آفست).استبایت

ازبخشی.شودمیتبدیلفیزیکیآدرسبهصفحهجدولطریقاز111222Hمجازیآدرس.استبایتفیزیکیحافظهاندازه

چیست؟فیزیکیآدرس.شودمیمشاهدهاینجادرصفحهجدول

182

12

:مجازیآدرس

:فیزیکیآدرس

H 17222: یعنی

H 444: شماره صفحه

5CH (01011100): شماره قاب

مثال

فرادرس

FaraDars.org



الگوریتم های جایگزینی صفحه

(Page Replacement Algorithms)

13

فرادرس

FaraDars.org



الگوریتم های جایگزینی صفحهدردموجوفرایندهایتمامکهرسیدخواهدزمانیمی کنداستفادهپویابندیبخشازکهایبرنامهچندسیستمیکدر

بادلهمخارجبهرااصلیحافظهداخلفرایندهایازیکیعاملسیستمحالتایندر.دارندقرارمسدودحالتدراصلیحافظه

استقرارهکفرایندیبایدعاملسیستم.شودایجادمعلقوآمادهفرایندیکیاجدیدفرایندیبرایکافیفضایتامی کند

.کندانتخابراشودجایگزین

14

فرادرس

FaraDars.org



رایبصفحهیکانتخابدرباره،جایگزینیسیاستواقعدر

لداخبهجدیدصفحهیکاستالزمکهزمانیدر،جایگزینی

.می کندصحبتشودآورده

15

فرادرس

FaraDars.org



الگوریتم های جایگزینی

(optimal)بهینه -1

(NRU)عدم استفاده در گذشته اخیر -2

(FIFO)خروج به ترتیب ورود -3

(Second Change)دومین شانس-4

(Clock)ساعت-5

(LRU)کمترین استفاده در گذشته نزدیک -6

16

فرادرس

FaraDars.org



(optimal)الگوریتم بهینه

.گرفتنخواهدقراراستفادهموردطوالنیمدتبهکهشودمیجایگزینایصفحهروش، ایندر

.داردآیندهبینیپیشبه نیازچوننیست، اجراقابلبهینه، الگوریتم

.باشدمیمقایسهشاخصعنوانبهآنازاستفادهالگوریتم، اینشدنمطرحعلت

BO الگوریتم،ایندیگرنام (Belady Optimal)باشدمی.

17

فرادرس

FaraDars.org



مثال

18

..استشدهرجوعزیرصفحاتبهترتیببهبرنامهیکدربندی،صفحهحافظهسیستمیکدر

Page)صفحهقابسهبرنامهاینبرای Frame)شودگرفتهنظردر.

Page)صفحهخطاهایتعداد Faults)=فرادرس؟

FaraDars.org



NRUالگوریتم

NRU ( Not Recently Used)

چهاربهراصفحات،(M)اصالحو(R)ارجاعهایبیتوضعیتاساسبرعامل سیستمدهد، میرخصفحهنقصوقتیروشایندر

میانتخابرا، باشدکمتریشمارهبادستهدرکهکالسیازراایصفحه،تصادفیطوربهسپسوکندمیتقسیمزیر، شکلمطابقکالس

.کند

19

دورهابتدایازاولدرجهدرکهشودمیانتخابایصفحهواقعدر

تغییرحافظهبهورودهنگام ازدوم،درجهدرواستنشدهجاری، استفاده

ونگرفتهقراراستفادهمورداخیرا،0شمارهدستهبهمتعلقصفحه.استنکرده

.باشدمیانتخاببهترینعلتهمینبه.استنکردهتغییر

.شودنوشتهبایدجایگزینیازقبلباشد،یکآناصالحبیتکهایصفحه

فرادرس

FaraDars.org



20

.شود0ساعت،وقفهیکدرRبیت، 3کالسدرکهدهدمیرخ زمانی،1کالس

.خیرایشودنوشتهدیسکدردوبارهبایدصفحهاینآیاکهاستایندهندهنشانبیتاینچونکند، نمی0راMبیتساعت،وقفه

فرادرس

FaraDars.org


faradars.org/fvsft103مثال.باشدمیصفحهقابچهاردارایکامپیوتریاصلیحافظه

قابازیککداممحتویاتترتیببهNRUجایگزینیالگوریتمتحتدهد،رخ319زماندر4شمارهمجازیصفحهرویصفحهخطایاگر

شوند؟جابجابایستی، هاصفحه

21

.داردقرارکمتریشمارهبادستهدرچونشود،میانتخاب2صفحه،NRUروشدر

.استگرفتهانجامآنهاهمهبینگیریتصمیمهستند،موجودهاصفحههمه،319یعنیصفحه، خطایدادنرخزماندرچون

فرادرس

FaraDars.org



FIFOالگوریتم

ظرمنتبیشتریزمانکه شودجایگزینایصفحه، (ورودترتیببهخروج)روشایندر

.استبوده

افظهحواردکهایصفحهوکردهانتخابراصفابتدایدرموجودصفحهجایگزینی،برای

.کنیممیاضافهصفانتهایبهراشده

22

فرادرس

FaraDars.org



مثال

23

فرادرس

FaraDars.org



مثال

24

فرادرس

FaraDars.org



الگوریتم دومین شانس

اگردهد،میرخصفحهنقصوقتیکهتفاوتاینبا.باشدمیFIFOمانندشانس،دومینالگوریتم

رکااینبا.شودمیمنتقللیستانتهایبهصفحهوشده0بیتاینبود،1صفحه، ترینقدیمیRبیت

.استشدهدادهایدوبارهشانساوبه

.شودمیتبدیلFIFOبهشانسدومینالگوریتمباشد،1صفحاتهمهRبیتاگر

25

فرادرس

FaraDars.org



مثال:2مجازیصفحهشمارهبهارجاع

.شوندمیمنتقلصفانتهایبههاصفحهوکردهصفرراآناست،1چون5و4هایصفحهRبیت

میاضافهصفانتهایدرآنجایبهرا2صفحهوکردهخارجحافظهازراصفحهاست،صفرآنRبیتچونکهایمرسیده7صفحهبهحال

.کنیم

.دهیممیقرار1رادوصفحهRبیت

26

فرادرس

FaraDars.org



الگوریتم ساعت

بهآنردنکاضافهولیستابتدایازصفحه حذفعلتبهامابود،قبولیقابلالگوریتمشانس،دومینالگوریتمچهاگر

الگوریتمدر.شودمیاستفادهچرخشیلیستازمشکلاینحلبرای.استهزینهپرروشیلیست، انتهای

بهاعتسعقربهکهطوری بهشود،مینگهداریساعتیکشکلبهوحلقویصورتبهصفحاتپیوندی لیستساعت،

.کندمیاشارهصفحهترینقدیمی

27

:دهدمیرخحالتدوکهکردهنگاهشده،اشارهآنبهعقربهتوسطکهایصفحهRبیتبه، دهدمیرخصفحهنقصوقتی

میجلوبهعقربهوشدهجایگزینمکانهماندرجدیدصفحهوشدهخارجنظرموردصفحهباشد، R،0بیتاگر-الف

.رود

.کردخواهداشارهبعدیصفحهبهعقربهوشده0آنگاهباشد، R،1بیتاگر-ب

فرادرس

FaraDars.org



28

فرادرس

FaraDars.org


faradars.org/fvsft103مثالالگوریتمازعاملسیستماگر.دارندقرارهاآندرمجازیصفحاتزیرجدولمطابقکهاستصفحهقاب4دارایسیستمی

شود؟جایگزینبایدمجازیصفحهکدامباجدیدصفحهصفحه،نقصوقوعصورتدرنماید،استفاده(Clock)ساعت

R شماره صفحهدرحافظهزمان بارگذاری صفحه

1501030212030404

وشده0آنRبیتاست،1آنRبیتچون.است3صفحهیعنیصفحهترینقدیمیرویبرعقربهابتدا

.رودمی2صفحهرویبروکندمیحرکتجلوبهعقربه

.شودمیجایگزینصفحهاینباجدیدصفحهاست،صفر، 2صفحهRبیتچون

29

فرادرس

FaraDars.org



LRUالگوریتم

LRU(Leastروشدر Recently Used طوالنیمدتبرایکهشودمیجایگزینایصفحه،(

.استشدهمراجعهآنبهدورتریگذشتهدریعنی.استنگرفتهقراراستفادهمورد

30

فرادرس:مثال

FaraDars.org



مثال

31

فرادرس

FaraDars.org



مثال.استدادهرخ4صفحهبرایصفحهخطاییک.استیافتهتخصیصقابچهارفرایندیبه

؟شوندمیانتخابجایگزینیبرایایصفحهچهترتیببهLRUوFIFOحافظهمدیریتسیاستبرای

32

.3صفحهیعنیشودمیانتخاباستکمترهمهازحافظهدرآنشدنبارزمانکهایصفحهFIFOروشدر

.2صفحهیعنیشودمیانتخاباست،کمترآنبهمراجعهآخرینزمانکهایصفحهLRUروشدر

.استها بر حسب ضربان ساعت و از شروع فرایند در زمان صفر زمان

فرادرس

FaraDars.org



Belady's )تناقض بلیدی anomaly)

واقعدر.دگوینمیبلیدیتناقضپدیدهاینبهکهنشودکمصفحهخطایقابها،تعدادافزایشبااستممکنFIFOروشدر

:نکندپیرویزیر،نمودارازاستممکنFIFOالگوریتمکهاستمعنیاینبهبلیدیتناقض

33

. رخ نمی دهد BO , LRUتناقض بلیدی در الگوریتم های

فرادرس

FaraDars.org



فقدان صفحه10: صفحه ای 4انباره

4 3 2 1 4 3 5 4 3 2 1 54 4 4 4 4 4 3 2 1 5 4 3

3 3 3 3 3 2 1 5 4 3 22 2 2 2 1 5 4 3 2 1

1 1 1 5 4 3 2 1 5F F F F F F F F F F

4 3 2 1 4 3 5 4 3 2 1 5

4 4 4 3 2 1 4 4 4 3 5 5

3 3 2 1 4 3 3 3 5 2 1

2 1 4 3 5 5 5 2 1 4

F F F F F F F F F

صفحهفقدان9:ایصفحه3انباره

34

مثال

فرادرس

FaraDars.org



تعریف

nبرایحافظهدرموجودصفحاتازایمجموعهآن،درکهاستالگوریتمی،ایپشتهالگوریتم

.بودخواهندحافظهدرقابn+1برایکهاستصفحاتیازایمجموعهزیرهمیشهقاب،

35

.شوندنمیبلیدیتناقضدچارهیچگاهایپشتههایالگوریتم

فرادرس

FaraDars.org



(Segmentation with paging)بندی قطعه بندی صفحه

می شودتقسیمقطعهتعدادیبهآدرسفضای

.می شوندتقسیمصفحهتعدادیبهنیزقطعههرو

.داردوجودصفحهجدولچندوقطعهجدولیکفرایندهربرای

:مجازیآدرس

:فیزیکیآدرس

شماره قطعه شماره صفحه هآفست درون صفح

قابشماره هآفست درون صفح

36

فرادرس

FaraDars.org



بندی قطعه بندی صفحه

37

فرادرس

FaraDars.org



مثال

.شودمیمدیریتشدهبندیصفحهقطعاتروشباکهبگیریدنظردررابایتی512صفحاتباو8KBاندازهبهحافظهیک

:مجازیآدرسبامتناظرفیزیکیآدرساستمطلوب

38

.شودمیمشخص0088یعنیPTBAمقداروکردهمراجعهقطعهجدولدر1اندیسبهاست1قطعهشمارهچون

کهصفحهقابشمارهوکردهمراجعهسومسطربهشودمیشروع0088آدرسباکهدومستوندرحافظه،دراست، 2صفحه شمارهمجازی،آدرسدرچونحال

.شودمی، مشخصاست9Hبرابر

فرادرس

FaraDars.org



پایان

39

فرادرس

FaraDars.org





40

این اسالید ها بر مبنای نکات مطرح شده در فرادرس« آموزش سیستم های عامل»

.تهیه شده است

.برای کسب اطالعات بیشتر در مورد این آموزش به لینک زیر مراجعه نمایید

فرادرس

FaraDars.org

Education

آموزش سیستم های عامل - بخش هشتم