Sunum7(Anabellek)

Transcript Sunum7(Anabellek)

Bölüm 7: Ana Bellek

Bellek Yönetimi

       Background Swapping Contiguous Memory Allocation Paging Structure of the Page Table Segmentation Example: The Intel Pentium

Operating System Concepts – 8 th Edition 8.2

Geçmiş Bilgiler

 Program çalışmak için (run) diskten Belleğe getirilmeli ve bir işlem haline gelmelidir  Main memory ve registers CPU nun doğrudan erişebildiği alanlardır.  Bellek birimi: a stream of addresses + read requests, or address + data and write requests   Register lara CPU nun bir saat çevriminde ulaşması mümkündür.

Ana belleğe erişim ise birçok çevrim gerektirir 

Cache

sağlar.

anabellekden hızlı CPU registerslarından yavaş erişim  Bellek koruma işlemlerin doğru çalışmasını sağlamak için gereklidir

Operating System Concepts – 8 th Edition 8.3

Taban ve Limit Kaydediciler (Base and Limit Registers)



base

and tanımlar.

limit

registerlar işlemlerin mantıksal adres alanını

Operating System Concepts – 8 th Edition 8.4

Bellek Yönetimi

Operating System Concepts – 8 th Edition 8.5

Base and Limit Registerlar ile Donanım Adres Koruması

Operating System Concepts – 8 th Edition 8.6

Operating System Concepts – 8 th Edition 8.7

Mantıksal Fiziksel Adres

Operating System Concepts – 8 th Edition 8.8

Adres Bağlama (Address Binding)

    Program diskte sabit olarak tutulur, programın yürütülebilmesi için belleğe getirilmesi ve işlemin içine yerleştirilmesi gerekmektedir. Program, bellek yönetimine göre disk ile bellek arasında taşınır Normal durumda kuyruktan bir işlem seçilip belleğe yüklenir ve yürütülür. İşlem görevini yerine getirdikten sonra, bellekteki yerinin boşaldığı sisteme bildirilir.   Birçok sistem kullanıcı işlemlerini fiziksel belleğin herhangi bir yerine kabul edebilirler 

  Program çalışırken, diske gönderilebilir ve tekrar bellekte başka bir alana erişebilir. (relocated) Kodda yer alan bellek referanslarının fiziksel adrese dönüştürülmesi gerekmektedir.

Operating System Concepts – 8 th Edition 8.10

Kuşbakışı Bellek İşlemleri

Sembolik İsimler Mantıksal Adres Fiziksel Adres Fiziksel Bellek birçok işlem tarafından kullanılmaktadır

Operating System Concepts – 8 th Edition 8.11

Binding/Bağlama Relocation Allocation Paging Segmentation

C source

Programlama Adımları

C source

test1.c, test2.c

static library dynamic library

compiler

object code

linker

executable

compiler gcc –c test1.c; gcc –c test2.c

object code

mylib, test1.o, test2.o

gcc –o test test.o test2.o –lmylib -lm test loader

memory image

Operating System Concepts – 8 th Edition ./test test, math library, standard C libraries 8.12

Programlama Adımları

   Compiler    Kaynak kod object file haline getirilir relocatable logical memory addresses üretir Fiziksel Bellek adresi bilinlez Linker  Birden fazla nesne dosyaları disk üzerinde tek bir program için linkler Loader    Loader , bir işletim sisteminin bir yardımcı programdır.

Programı Fiziksel belleğe yükler Mantıksal bellek adresini Fiziksel adrese çevirir

Operating System Concepts – 8 th Edition 8.13

Bellek Adresleri Oluşturma

DİSKTE BELLEKTE Prog P ...

foo() ...

P: ...

push ...

jmp _foo ...

foo: ...

0 P: ...

push ...

jmp 75 ...

75 foo: ...

0 100 Library routines P: ...

push ...

jmp 175 ...

175 foo: ...

1000 Library routines 1100 P: ...

push ...

1175 jmp 1175 ...

foo: ...

Compilation Operating System Concepts – 8 th Edition 8.14

Linking Loading

Bellek Adresleri Oluşturma

 Address representation    Source program: symbolic (such as count) After compiling: re-locatable address  14 bytes from the beginning of this module After linkage editor, loader or run-time referring: absolute address  Physical memory address 2000 2000 0 p1

int I; goto p1;

Symbolic Address 250 Re-locatable Address 2250 Absolute Address (Physical Memory) 15

Adres Bağlama (Address Binding)

    Kullanıcı programları yürütülmeden önce birçok aşamadan geçer. Bu aşamalarda adresler farklı yollarla belirlenmektedir. Bir program hayatının farklı dönemlerinde farklı şekillerde temsil adreslerine sahiptir (sembolik, mantıksal, fiziksel gibi) Her adres bağlama bir adresi diğerine map eder. (dönüştürür)

Operating System Concepts – 8 th Edition 8.16



Adres Bağlama (Address Binding)

Komut ve verilerin bellek adreslerine bind işlemi üç farklı aşamada olmaktadır: 

Yorumlama Zamanı, Compile time

: İşlemin belleğin neresine yerleştirileceği biliniyorsa mutlak kod oluşturulana kadar geçen süre yorumlama zamanı olarak adlandırılır. Eğer işlemin bellekteki yeri değişirse, kodu tekrar yorumlamak gerekmektedir.  

Yükleme Zamanı, Load time :

Yorumlama süresince işlemin nereye yerleştirileceği bilinmiyorsa yorumlayıcı işlemin tekrar yerleştirilebilmesi için bir kod oluşturur. Bu durumda son binding işlemi yükleme zamanı sona erinceye kadar ertelenir.  

Yürütme Zamanı, Execution time

durumda binding :

İşlem yürütülmesi sırasında, bir bellek bölgesinden, başka bir bellek bölgesine taşınabilir. Bu , yürütüm zamanı doluncaya kadar ertelenir.

Yorumlama Zamanında Binding,

Sembolik Adres

i PROGRAM JUMP i LOAD j DATA j

Kaynak Kod

Operating System Concepts – 8 th Edition

Fiziksel Bellek Adresi (Physical Memory Addresses)

1024

Compile

1424 JUMP 1424 LOAD 2224

Absolute Addresses (Physical Memory Addresses)

1024 JUMP 1424 1424

Link/Load

LOAD 2224 2224

Absolute Load Module

2224

Process Image (Part)

8.18

Yükleme Zamanında Binding

Symbolic Addresses

PROGRAM JUMP i LOAD j DATA j 0 400 Compile

Relative (Relocatable) Addresses

JUMP 400 LOAD 1200 Link/Load

Absolute Addresses (Physical Memory Addresses)

1024 1424 JUMP 1424 LOAD 2224

Source Code

Operating System Concepts – 8 th Edition 1200

Relative Load Module 19

8.19

2224

Process Image (Part)

Yürütüm Zamanı



Execution time: Binding delayed until run time

 The process can be moved during its execution from one memory segment to another  The CPU generates the relative (virtual) addresses  Need hardware support for address maps (e.g., base and limit registers)  Most general-purpose OS use this method –

Swapping, Paging, Segmentation

Operating System Concepts – 8 th Edition 8.20

Relative (Relocatable) Addresses

0 400 JUMP 400 LOAD 1200 1200 MAX

=2000

Mantıksal ve Fiziksel Adres

    Mikroişlemci tarafından yaratılan adresler

mantıksal adres

olarak adlandırılır. Bellek ünitelerinin gördüğü adreslere ise

fiziksel adres

denilmektedir. Program tarafından üretilen mantıksal adreslerin fiziksel adreslere çevrilmesi gerekmektedir.

Bellek yönetim ünitesi (memory-management unit, MMU)

sanal adresden fiziksel adrese dönüşümü yapan bir donanım aygıtıdır. Adres işlemlerinde

taban kayıt edicisi

üretilen her adrese eklenir. görevini yerine getiren “yerleştirme kayıt edicisi” kullanılmaktadır. Yerleştirme kayıt edicisindeki değer kullanıcı programları tarafından  

Logical address space

is the set of all logical addresses generated by a program

Physical address space

is the set of all physical addresses generated by a program



Bellek Yönetim Ünitesi Memory-Management Unit (

MMU

)

Sanal adresden fiziksel adrese dönüşümü yapan bir donanım aygıtıdır.  Bu bölümde ele alınacak birçok metot bulunmaktadır.

  Adres işlemlerinde taban kayıt edicisi görevini yerine getiren “

relocation register

, yerleştirme kayıt edicisi” kullanılmaktadır.

relocation register daki

değer kullanıcı programları tarafından üretilen her adrese eklenir. Taban değeri 14.000 ve kullanıcı programları da 0 adresine konumlandıysa adres 0+14.000=14.000 olacaktır.

Operating System Concepts – 8 th Edition 8.23

Relocation register ile Dinamik yerleştime

Cpu tarafından oluşturuldu 0 to MAX 14000 to 14000+MAX Bellek Ünitesi tarafından görülen Binding at execution time (when reference is made) Operating System Concepts – 8 th Edition

8.24

Dinamik Yükleme

  Dinamik yüklemede, bir rutin çağrılana kadar belleğe yüklenmez, tekrar yüklenebilecek durumda diskte tutulur. Daha iyi bellek alanı kullanımı; kullanılmayan rutin yüklenmeyecek  Işletim sisteminden özel destek gerekli değildir Program tasarımı ile uygulanır

Operating System Concepts – 8 th Edition 8.25

Dinamik Linking

 Statik linking – Yükleyici tarafından sistem kütüphaneleri ve program kodu birleştirilerek binary program oluşturulur.     

Dynamic linking –linking işlemi yürütüm zamanına kadar ertelenir

Her library rutinin referansında

stub (Small piece of code)

kullanılarak, library rutinin yüklenmesi sağlanır İşletim sistemi rutinin işlemin bellek alanında olup olmadığını kontrol eder.

 Eğer adresinde yoksa ekler.

Dinamik linking özellikle library ler için uygundur.

Sistem

paylaşılan library olarak da bilinir.

Operating System Concepts – 8 th Edition 8.26

Operating System Concepts – 8 th Edition 8.27

Takaslama(Swapping)



Bir işlemin yürütülmesi için bellekte yer alması gerekir. Fakat, anabellekte yeterli alan olmadığında, bir işlem geçici olarak yedekleme ünitelerine gönderilip, daha sonra tekrar belleğe getirilebilir.

  Işlemlerin toplam fiziksel bellek alanı, fiziksel belleği aşabilir

Takaslama: Yer değiştirmede işlemlerin öncelik durumları esas alınarak planlama yapılabilir.

   .

Eğer daha yüksek önceliğe sahip bir işlem sisteme gelirse bellek yöneticisi düşük önceliğe sahip işlemi yedekleme ünitesine gönderip, yeni gelen işlemin uygulanmasını sağlayabilmektedir.

Yüksek öncelikli işlem tamamlandığında gönderilen işlem tekrar belleğe yüklenerek yürütülmesi sağlanabilir.

Takaslama(Swapping)

  Yer değiştirme işleminin toplam süresi, yer değiştirme işlemin de kullanılan bellek alanı ile doğru orantılıdır. Yer değiştirmede kullanılan bellek alanı arttıkça, yer değiştirmenin süresi de artmaktadır. Yer değiştirmenin değişik versiyonları Linux ,LUNIX, Windows gibi birçok sistemde kullanılmaktadır.    Takaslama devre dışı bırakılabilir Eğer kullanılan bellek alanı belli bir eşik değerinin üzerinde ise başlatılabilir.

Bellek istekleri belli bir eşik değerinin altında kalırsa tekrar devre dışı kalır

Operating System Concepts – 8 th Edition 8.29

Takaslama

Operating System Concepts – 8 th Edition 8.30

Takaslama Zamanı

     CPU da bir sonraki yürütülecek işlemler bellekte değil ise, hedef işlemin takaslama ile getirilmesi gerekir.

İçerik Değişimi için geçen zaman fazla olabilmektedir. 100MB lık bir işlem 50MB/sec lık transfer hızıyla sabir diske aktarıldığında:   Disk gecikmesi: 8 ms Swap out zamanı: 2008 ms (2 saniye+8 ms)  Aynı büyüklükte bir işlemin swap in zamanı da buna eklendiğinde,  Toplam içerik değişimi için geçen zaman: 4016ms (> 4 seconds) İşlemlerin gerçekte ne kadar bellek kullandıkları bilinirse takaslama azaltılabilir.

Sistem çağrıları ile bellek istekleri ve bellek bırakma olayı gerçekleştirilir.

 System calls to inform OS of memory use via request memory and release memory

Bellek Yönetim Yöntemleri

     Tek ve Bitisken Bellek Yönetimi (Contiguous Allocation) Değismez bölümlü bellek yönetimi Değisken bölümlü bellek yönetimi Sayfalı bellek yönetimi (Paging) Kesimli bellek yönetimi (Segmantation)

Operating System Concepts – 8 th Edition 8.32

Tek ve Bitisken Bellek Yönetimi (Contiguous Allocation)

       

Ana bellek, isletim sisteminin yüklendiği kesim dısında tümüyle tek bir ise atanır

Bundan dolayı, sadece

tek is düzeni

desteklenir.

Bellek yönetiminin en önemli görevi, isletim sisteminin, kullanıcı programı tarafından bozulmasını önlemektir.

İsletim sistemi, ana belleğin alt (adres) kesimine yüklenir. Limit register, isletim sistemine iliskin bellek alanının bittiği büyüklüğünü relocation register ise kullanılabilecek en küçük fiziksel adresi içerir.

Bellek yönetim ünitesi (MMU) relocation kayıt edicisindeki değeri ekleyerek dinamik mantıksal adresler oluşturur.

Kullanıcı programının isletimi boyunca, Limit register çıkısları + relocation register adresi , erisilen adreslerle sürekli karsılastırılır.

Eğer kullanıcı programı, isletim sisteminin bellek alanına erisirse, program sonlandırılır.

Bu denetim düzeneğine bellek koruma düzeneği denir.

Limit ve Relocation Register

Operating System Concepts – 8 th Edition 8.34

Değismez Bölümlü(Fixed Sized Partitions) Bellek Yönetimi

İşletim sistemi a) kullanılan ve boş olan bölümlerin kaydını tutar.) IBM OS/360 da kullanıldı, artık kullanılmıyor OS OS process 5 process 5 OS process 5 process 9 process 8 process 2

Operating System Concepts – 8 th Edition

process 2

8.35

process 2

Değişken Bölümlü(Variable Partition) Bellek Yönetimi

Operating System Concepts – 8 th Edition 8.36

Değişken Bölümlü(Variable Partition) Bellek Yönetim

Operating System Concepts – 8 th Edition 8.37

Değişken Bölümlü(Variable Partition) Bellek Yönetimi

Operating System Concepts – 8 th Edition 8.38

Boş alan Seçimi

     İşlemler belleğe yerleştikten sonra kalan boşlukların nasıl kullanılacağına karar verilmesi gerekmektedir. Bu boşluklara işlemlerin en uygun şekilde yerleştirilmesi gerekir. Bunun çeşitli yöntemleri mevcuttur:

Uygun ilk alanın ayrılması (First Fit) En uygun alanın ayrılması (Best Fit)

: İlk bulunan yeterli büyüklükteki alan işlem için ayrılmaktadır. : Bütün bellek alanı taranarak işlem için yeterli büyüklükteki en küçük alanın ayrılması sağlanır. Böylece ayrılan alanın büyük bir kısmının kullanılması sağlanır.

 

En kötü alanın ayrılması (Worst Fit)

boşluğunun kullanılması sağlanır. Bu durumda işlem için ayrılan bellek alanında kullanılmayan bellek alanı fazla olacaktır. : Bütün bellek alanı taranarak işlem için en büyük bellek   En uygun alan ve en uygun alanın kullanılması hız ve sistem işleyişi bakımından en kötü alanın ayrılmasına göre daha iyi sonuç vermektedir.

 İşlem P1 inceleyelim P2 P3 P4 1000K 300K 700K P5 500K 10 5 20 6 15

Boş alan Seçimi

Operating System Concepts – 8 th Edition 8.40

Parçalanma (Fragmentation)



Dışardan Bölümlendirme (External Fragmentation)

Bellekte işlemin ihtiyacını karşılayacak büyüklükte alan olduğu halde bu alanlar bir bütün halinde değilse

dışardan bölümlendirme

oluşmaktadır.  Dışardan bölümlendirme çoğu zaman problem olmaktadır. Boş bellekler parça parça olduğundan , boş bellekler verimli kullanılamamaktadır.



İçerden Bölümlendirme (Internal Fragmentation)

bellek alanından daha fazla olduğunda oluşmaktadır – ayrılmış bellek alanı, ihtiyaç duyulan

Operating System Concepts – 8 th Edition 8.41

Parçalanma (Fragmentation)

    Dışardan bölümlendirme problemini çözmek için “

sıkıştırma

” yapılmaktadır. Sıkıştırma işlemi bütün boş alanları tek bir boş alan haline getirmektedir. Örneğin aşağıdaki bellek yapısına sahip bir sistemde 100K, 300K ve 260K’lık alanlar birleştirilerek toplam 600K’lık boş alan oluşturulmuştur. Sıkıştırma yapılabilecek ise en kolay yol bütün işlemleri bir yönde kaydırıp, boş bellek alanlarını birleştirmektir Yeniden yerleşim, dinamik ve yürütüm zamanında ise sıkıştırma yapılabilir.

Operating System Concepts – 8 th Edition 8.42

Sayfalı Bellek Yönetimi

          Dışardan bölümlendirme işleminde boş alanlar bir bütün olmadığında, işlemi belleğe yerleştirmek oldukça güç olmaktadır. Bu problemi çözmek için

sayfalandırma tekniği

kullanılır. Fiziksel bellek belirli bir büyüklükteki bloklara ayrılmıştır, bu bloklara

çerçeve(frame

) adı verilir. Mantıksal bellek ise eşit büyüklükteki

sayfa adı

verilen bloklara ayrılmıştır.

Bir işlemin yapılması gerektiğinde onunla ilgili sayfa depolama ünitesinden belleğe yüklenir.

Depolama üniteleri de bellek çerçeveleri ile aynı büyüklüğe sahip bloklara ayrılmıştır. Sayfa büyüklüğü donanım tarafından tanımlanır,

512 bayt ile 16 MB

arasında olabilmektedir.

Sayfalandırma yönteminin kullanımı bir sonraki sayfada gösterilmektedir. Mikroişlemci tarafından üretilen her adres

bir sayfa numarası ve sayfa ofsetine

sahiptir. Sayfa numarası indeks olarak

sayfa tablosunda

kullanılır. Sayfa tablosu her sayfa için fiziksel bellekteki taban adresini içerir

Adres Çevrimi

 İşlemcinin oluşturduğu adresler iki kısımdan oluşmaktadır: Sayfa Numarası

Sayfa Ofseti

 Burada p sayfa tablosundaki indeks, d ise sayfa içindeki yerleşimi(ofseti) temsil etmektedir.

Operating System Concepts – 8 th Edition 8.44

Sayfalı Bellek Yönetimi

Mantıksal Adres Fiziksel Adres

Operating System Concepts – 8 th Edition 8.45

Fiziksel ve Mantıksal Belleğin Sayfalama Modeli

Operating System Concepts – 8 th Edition 8.46

Sayfalama Örneği

=2 and

=4 32-byte memory and 4-byte pages

Operating System Concepts – 8 th Edition 8.47

Sayfalama Örneği

Operating System Concepts – 8 th Edition 8.48

Sayfalama Örneği

Operating System Concepts – 8 th Edition 8.49

Sayfalama Örneği

Operating System Concepts – 8 th Edition 8.50

Sayfalı Bellek Yönetimi

  Sisteme yürütülmek üzere bir işlem geldiğinde işlemin büyüklüğü sayfada belirtilir. İşlemin her sayfası bir çerçeveye ihtiyaç duyar. Eğer işlem “n” sayfa içeriyorsa bellekte en az “n” çerçeve bulunmalıdır.

İşlemin ilk sayfası ayrılmış çerçevelerden birisine yüklenirken, çerçeve numarası da sayfa tablosuna yüklenir. Sayfalar bitinceye kadar bu işleme devem edilir.    İşletim sistemi fiziksel belleği yönettiği için; fiziksel bellekte kullanılan, ayrılan alanların miktarı, toplamı, ve kaç çerçeve olduğu gibi bilgileri bilmelidir. Bu tür bilgiler genelde çerçeve tablosunda tutulur. Ayrıca işletim sistemi kullanıcı işlemlerinin kullanıcı alanında yapılıp yapılmadığını kontrol etmeli ve mantıksal adreslerden fiziksel adreslere dönüşümü sağlamalıdır.

Operating System Concepts – 8 th Edition 8.51

Paging (Cont.)

   Calculating internal fragmentation          Page size = 2,048 bytes Process size = 72,766 bytes 35 pages + 1,086 bytes Internal fragmentation of 2,048 - 1,086 = 962 bytes Worst case fragmentation = 1 frame – 1 byte On average fragmentation = 1 / 2 frame size So small frame sizes desirable?

But each page table entry takes memory to track Page sizes growing over time  Solaris supports two page sizes – 8 KB and 4 MB Process view and physical memory now very different By implementation process can only access its own memory

Boş Çerçeveler

Yerleşimden Önce

Operating System Concepts – 8 th Edition 8.53

Yerleşimden Sonra

Sayfa Tablosu Uygulaması

 En basit donanım uygulamasında, değiştirebilir ver yükleyebilir.

sayfa tablosu

bu işletim sistemi için ayrılan kayıt edicilerde bulundurulur. Bu kayıt ediciler sayfa adres dönüşümünü hızlı yapabilmektedirler. Belleğe olacak her erişim sayfalandırma haritasına göre yapılmalıdır. Sayfa tablosu kayıt edicilerini sadece işletim sistemi   Sayfa tablosu ana bellekte tutulur,

sayfa tablosu taban kayıt edicisi (page table base register)

sayfa tablosunu belirtir. Sayfa tablosunu değiştirmek için bu kayıt ediciyi değiştirmek gerekir. Sayfa tablosu

uzunluk kayıt edicisi (page table length register

) ise sayfa tablosunun uzunluğunu gösterir.        Her görüntü bellek erişiminde iki fiziksel bellek erişim olabilir: – sayfa tablosunu getirmek için – veriyi getirmek için Bu problemin çözümünde sayfa tablosu kayıtlarını tutmak için hızlı bir bellek kullanılır: –

TLB - Translation Lookaside Buffer

(64 to 1,024 entries) En yakın zamanda kullanılmış olan sayfa tablosu kayıtlarını tutar TLB miss oluşursa (sayfa numarası TLB de yoksa) page table'a gidilir.

TLB ile Sayfalama

Operating System Concepts – 8 th Edition 8.55

Bellek Koruması

   Bellek koruması sağlamak için her çerçevede tanımlanmış

koruma bitleri

yaratılmıştır. Normalde bu bitler sayfa tablosunda bulunur. Koruma biti sayfanın yazılabilirliği, okunabilirliği ve sadece okunabilirliği gibi özelliklerini belirler.

Belleğe gelen her referans sayfa tablosundan geçerek doğru çerçeveye ulaşır. Aynı zamanda fiziksel adres belirlenerek, koruma biti kontrol edilir. Örneğin sadece okunabilir özelliği olan bir sayfaya yazma işlemi yapılmak istenirse; donanım işletim sistemine bir hata mesajı yollar.   Sayfa tablosundaki her girişe bir bit daha eklenebilir, bunlar

: valid geçerli ve invalid-geçersiz

bitlerdir.

 

Bu bit geçerli durumda set edilirse bu bit ilgili sayfanın, işlemin mantıksal alanında olduğunu ve geçerli bir sayfa olduğunu gösterir. Bu bir geçersiz duruma geçirilirse bu sayfanın işlemin mantıksal alanında olmadığını gösterir. Silberschatz, Galvin and Gagne ©2009 Operating System Concepts – 8 th Edition 8.56

Valid (v) /Invalid (i) Bit

Operating System Concepts – 8 th Edition 8.57

Paylaşılan Sayfalar



Paylaşılan Kod

  Metin editörü, windows sistemi, derleyici işlemleri arasında ortak bir sadece okunabilir kodun kullanılmasıdır. (

reentrant

) Tek bir adres aralığında çoklu iş parçacıklarının çalışması gibi.    İşlemler arası iletişim için de kullanışlıdır. Reentran t kod yürütüm sırasında değişmez, iki veya daha fazla işlem aynı anda kodu yürütebilir. Her işlemin yürütüm sırasında ayrı bir register ve veri saklama alanı bulunur.

Operating System Concepts – 8 th Edition 8.58

Paylaşılan Sayfalar

Operating System Concepts – 8 th Edition 8.59

Sayfa Tablosu Yapısı

 Hiyerarşik Sayfa Tablosu  Tersine Çevrilmiş (Inverted) Sayfa Tablosu

Operating System Concepts – 8 th Edition 8.60

Hiyerarşik Sayfa Tablosu

   Mantıksal Adres alanını çoklu sayfa tablolarına böler. İki seviyeli sayfa tablosu olarak uygulanabilir. Modern bilgisayar sistemleri çok büyük mantıksal adres alanlarını kapsamaktadır. (2 sayfa büyüklüğü 4K (2 12 ) olarak alınırsa sayfa tablosu 2 32 /2 12 32 ’den 2 64 ’e kadar ) bu durumda sayfa tablosu da çok büyük olmaktadır. Örneğin, 32 bitlik mantıksal adres alanında, = 1 milyon girişe sahip olacaktır.

    Bu değer de çok büyük olduğu için, sayfa tablosunu bütün olarak ana bellekte tutmak yerine, sayfa tablosunu parçalara ayırmak daha uygun olmaktadır.

Sayfa Tablosuna erişmek için Sayfa Tablosu kullanılması !

32 bitlik bir sistem 4K’lık sayfalara bölündüğünde mantıksal adresteki sayfa numaraları 20 bitlik , sayfa ofseti ise 12 bitlik olmaktadır. Biz sayfa tablosunu da sayfalandırdığımız için 20 bitlik sayfa numarası da 10 bitlik sayfa numarası ve 10 bitlik sayfa ofseti olarak tekrar ikiye ayrılacaktır.

Burada p1 parçaladığımız sayfa tablosundaki indeksi, p2 ise sayfa tablosundaki yerleşimi temsil etmektedir.

İki seviyeli Sayfa Tablosu

Operating System Concepts – 8 th Edition 8.62

İki Seviyeli Sayfa-Örnek

 Mantıksal Adres (o 32-bitlik sistemde with 1K sayfa büyüklüğü) aşağıdaki gibi bölünür :  Sayfa numarası 22 bit (32-10=22)  Sayfa ofseti 10 bit (1K=2 10)  Sayfa tablosu da sayfalandırılacağı için aşağıdaki gibi bir bölümlendirme yapılabilir:  12 bit sayfa numarası  10 bit sayfa ofseti  Mantıksal adres aşağıdaki gibi olur: Sayfa numarası sayfa ofseti  

d p 1

12 dış sayfa tablosu için indeks ve

p 2

10 10 is e iç sayfa tablosu için yerleşimi içerir.

Adres Geçişi

Operating System Concepts – 8 th Edition 8.64

64-bit Logical Address Space

  Even two-level paging scheme not sufficient If page size is 4 KB (2 12 )   Then page table has 2 52 entries If two level scheme, inner page tables could be 2 10 4-byte entries  Address would look like outer page inner page page offset

1 42

2 10

12    Outer page table has 2 42 entries or 2 44 bytes One solution is to add a 2 nd outer page table But in the following example the 2 nd outer page table is still 2 34 bytes in size  And possibly 4 memory access to get to one physical memory location

Üç seviyeli Sayfalama

Operating System Concepts – 8 th Edition 8.66

Tersine çevrilmiş (Inverted) Sayfa Tablosu

   Tersine çevrilmiş sayfa tablosu

her çerçeve (frame) için bir tek giriş içerir

Her giriş gerçek bellekteki sayfa yerleşiminin sanal adresini ve bu sayfadaki işlemle ilgili bilgileri içerir.

Sistemde tek bir sayfa tablosu ve fiziksel bellekteki her sayfa için tek adres girişi vardır.  Her işlemin bir sayfa tablosu olması ve mantıksal sayfalar takip yerine, fiziksel sayfalar takip edilir.       Sistemdeki her sanal adres üç kısımdan oluşur: <

işlem-tanımlaması, sayfa numarası, ofset

>   Adres girişi ilk olarak <

işlem tanımlaması, sayfa numarası

> için yapılır. Eğer bellekte bu adres referansı kabul edilirse, tersine çevrilmiş adres tablosunda bu adrese bir karşılık aranır. Eğer bu adresin karşılığını i olarak varsayarsak,

> fiziksel adresi yaratılır.

Eğer <

işlem tanımlaması, sayfa numarası

> için bir karşılık bulunmazsa geçersiz bir adres tanımlaması yapılmış olacaktır. Bellek ihtiyacı azalır fakat arama süresi artar

Silberschatz, Galvin and Gagne ©2009 Operating System Concepts – 8 th Edition 8.67

Tersine çevrilmiş (Inverted) Sayfa Tablosu

Operating System Concepts – 8 th Edition 8.68

Silberschatz, Galvin and Gagne ©2009

Tersine çevrilmiş (Inverted) Sayfa Tablosu

Operating System Concepts – 8 th Edition 8.69

Silberschatz, Galvin and Gagne ©2009

Segmentation

     Kullanıcı, belleği değişken büyüklükteki

bölümlerde

n oluşuyormuş gibi görmektedir ve bu görüş bu yönetiminde de aynı şekilde olmaktadır. Segmentasyon, örneğin: kullanıcının bellek anlayışını destekleyen bir bellek yönetme şeklidir. Program birçok parçanın (segmentin) birleşiminden oluşmaktadır. Segment mantıksal bir bütündür,

Ana program, prosedür, fonksiyon, lokal ve global değişkenler, yığın , sembol tablosu bu bütünde yer alabili

r. Her segmentin belli bir uzunluğu vardır Her adres, iki bileşenden oluşur, bunlar:

segment ve ofset adresleridir

.

Mantıksal adres de iki kısımdan oluşmaktadır: <

segment numarası, ofset

>’dir.

Operating System Concepts – 8 th Edition 8.70

Silberschatz, Galvin and Gagne ©2009

User’s View of a Program

Operating System Concepts – 8 th Edition 8.71

Silberschatz, Galvin and Gagne ©2009

Segmentasyon için Mantıksal Görünüm

1 4 1 2 3 4 2 3 user space physical memory space

Silberschatz, Galvin and Gagne ©2009 Operating System Concepts – 8 th Edition 8.72

Segmentasyon Mimarisi



Mantıksal Adres: ,

 

Segment table

kullanılır – İki boyutlu fiziksel adrese dönüştürme işleminde maps two-dimensional physical addresses; each table entry has:   

Base (Taban)

Bellekte segmentin başlangıç adresini tutar – contains the starting physical address where the segments reside in memory

limit

– Segmentin uzunluğunu tutar specifies the length of the segment  

Segment-table base register (STBR)

bellekteki yerini gösterir Segment tablosunun points to the segment table’s location in memory 

Segment-table length register (STLR) Program tarafından kullanılan segmentleri tutar.

Operating System Concepts



– 8 th Edition 8.73

indicates number of segments used by a program;

Silberschatz, Galvin and Gagne ©2009

Segmentation Architecture (Cont.)

 Protection  With each entry in segment table associate:  validation bit = 0  illegal segment  read/write/execute privileges  Protection bits associated with segments; code sharing occurs at segment level  Since segments vary in length, memory allocation is a dynamic storage-allocation problem  A segmentation example is shown in the following diagram

Silberschatz, Galvin and Gagne ©2009 Operating System Concepts – 8 th Edition 8.74

Segmentation Hardware

Operating System Concepts – 8 th Edition 8.75

Silberschatz, Galvin and Gagne ©2009

Example of Segmentation

Operating System Concepts – 8 th Edition 8.76

Silberschatz, Galvin and Gagne ©2009

Example: The Intel Pentium

 Supports both segmentation and segmentation with paging    Each segment can be 4 GB Up to 16 K segments per process Divided into two partitions  First partition of up to 8 K segments are private to process (kept in

local descriptor table LDT

)  Second partition of up to 8K segments shared among all processes (kept in

global descriptor table GDT

)  CPU generates logical address   Given to segmentation unit  Which produces linear addresses Linear address given to paging unit  Which generates physical address in main memory  Paging units form equivalent of MMU  Pages sizes can be 4 KB or 4 MB

Silberschatz, Galvin and Gagne ©2009 Operating System Concepts – 8 th Edition 8.77

Logical to Physical Address Translation in Pentium

Operating System Concepts – 8 th Edition 8.78

Silberschatz, Galvin and Gagne ©2009

Intel Pentium Segmentation

Operating System Concepts – 8 th Edition 8.79

Silberschatz, Galvin and Gagne ©2009

Pentium Paging Architecture

Operating System Concepts – 8 th Edition 8.80

Silberschatz, Galvin and Gagne ©2009

Linear Address in Linux

    Linux uses only 6 segments (kernel code, kernel data, user code, user data, task-state segment (TSS), default LDT segment) Linux only uses two of four possible modes – kernel and user Uses a three-level paging strategy that works well for 32-bit and 64-bit systems Linear address broken into four parts:  But the Pentium only supports 2-level paging?!

Operating System Concepts – 8 th Edition 8.81

Silberschatz, Galvin and Gagne ©2009

Three-level Paging in Linux

Operating System Concepts – 8 th Edition 8.82

Silberschatz, Galvin and Gagne ©2009

Operating System Concepts – 8 th Edition

End of Chapter 7

Silberschatz, Galvin and Gagne ©2009