第7章 存储系统.ppt

* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 写透策略（信息将被同时写到Cache行和低级存储器的相应存储块中）、写回策略（信息仅被写到Cache的相应行中,当被改变的行被替换出Cache时,其内容才被写回到主存相应的块） * * * Cache的四大基本问题 1）映像机构（Cache的基本结构） 在Cache中为每个行设置了一个标志以指明该行对应的主存块地址 2）映像方式 直接映像、全相联映像、组相联映像 3）替换算法 先进先出算法（FIFO）、近期最少使用算法（LRU）、随机替换算法 4）写策略 写透策略、写回策略 Cache小结 7.3 虚拟存储器 7.3.1 主存—辅存层次信息传送单位和存储管理 主存—辅存层次的信息传送单位可采用几种不同的方案： 段、页或段页。 段是利用程序的模块化性质，按照程序的逻辑结构划分成的多个相对独立部分。段作为独立的逻辑单位可以被其他程序段调用，这样就形成段间连接，产生规模较大的程序。一般用段表来指明各段在主存中的位置，如图7.12所示。每段都有它的名称(用户名称或数据结构名或段号)、段起点、段长等。段表本身也是主存储器的一个可再定位段。 图7.7 段式管理 主存按段分配的存储管理方式称为段式管理。其优点是段的分界与程序的自然分界相对应；段的逻辑独立性使它易于编译、管理、修改和保护，也便于多道程序共享。其缺点是容易在段间留下许多空余的零碎存储空间不好利用，造成浪费。 页式管理系统的信息传送单位是定长的页，主存的物理空间也被划分为等长的固定区域，称为页面。新页调入主存也很容易掌握，只要有空白页面就可。可能造成浪费的是程序最后一页的零头，它比段式管理系统的空间浪费要小得多。页式管理系统的缺点正好和段式管理系统相反，由于页不是逻辑上独立的实体，所以处理、保护和共享都不及段式来得方便。 图7.8表示某个程序有5页(逻辑页号0~4)，各页分别装入主存不连续的页面位置，用页表记录逻辑页号及其所对应的实主存页号，页表是由操作系统建立的。图7.13中逻辑页号0，1，3已分配实主存空间，所以装入位为1。 段式和页式存储管理各有其优缺点，可以采用段和页结合的段页式存储管理系统。程序按模块分段，段内再分页，出入主存仍以页为信息传送单位，用段表和页表(每段一个页表)进行两级管理。 图7.8 页式管理 7.3.2 页式虚拟存储器 在页式虚拟存储系统中，把虚拟空间分成页，主存空间也分成同样大小的页，称为实页或物理页，而把前者称为虚页或逻辑页。假设虚页号为0，1，2，…，m，实页号为0，1，…，l，显然有ml。由于页的大小都取2的整数幂个字，所以，页的起点都落在低位字段为零的地址上。可把虚拟地址分为两个字段，高位字段为虚页号，低位字段为页内字地址。 虚拟地址到主存实地址的变换是由页表来实现的。在页表中，对应每一个虚存页号有一个表目，表目内容至少要包含该虚页所在的主存页面地址(页面号)，用它作为实(主)存地址的高字段；与虚拟地址的字地址字段相拼接，就产生完整的实主存地址，据此访问主存。页式管理的地址变换如图7.9所示。 图7.9 页式虚拟存储器结构 通常，在页表的表项中还包括装入位(有效位)、修改位、替换控制位及其他保护位等组成的控制字。如装入位为“1”，表示该虚页已从辅存调入主存；如装入位为“0”，则表示对应的虚页尚未调入主存，如访问该页就要产生页面失效中断，启动输入输出子系统，根据外页表项目中查得的辅存地址，由磁盘等辅存中读出新的页到主存中来。修改位指出主存页面中的内容是否被修改过，替换时是否要写回辅存。替换控制位指出需替换的页等。 假设页表是保存在(或已调入)主存储器中，那么，在访问存储器时，首先要查页表，即使页面命中，也得先访问一次主存去查页表，再访问主存才能取得数据，这就相当于主存速度降低了一倍。如果页面失效，要进行页面替换，页面修改，访问主存次数就更多了。因此，把页表的最活动部分存放在快速存储器中组成快表，这是减少时间开销的一种方法。此外，在一些影响工作速度的关键部分引入了硬件支持。例如，采用按内容查找的相联存储器并行查找，也是可供选择的技术途径。一种经快表与慢表实现内部地址变换的方式如图7.10所示。 图7.10 使用快表和慢表实现虚实地址变换 7.3.3 段页式虚拟存储器 在段页式虚拟存储器中，把程序按逻辑结构分段以后，再把每段分成固定大小的页。程序对主存的调入调出是按页面进行的，但它又可以按段实现共享和保护。因此，它可以兼取页式和段式系统的优点。它的缺点是在地址映像过