Binnenkomen Operatingsysteem (OS): Wat is, Voordelen, Voorbeeld

Door: Nathaniel Brooks Nathaniel Brooks
Hours Bijgewerkt

⚡ Slimme samenvatting

Paging is een geheugenbeheertechniek waarbij processen worden opgeslagen in pagina's van vaste grootte en vervolgens worden geladen in fysieke geheugenframes van gelijke grootte. Hierdoor kan het besturingssysteem niet-aaneengesloten geheugen gebruiken, externe fragmentatie voorkomen en sneller toegang krijgen tot gegevens.

  • 📄 Definitie: Paging verdeelt het logische geheugen in pagina's van vaste grootte en het fysieke geheugen in gelijke frames, kaarten.ping één pagina per kader.
  • 🗺️ Pagina-tabel: Het besturingssysteem gebruikt een paginatabel om elk logisch paginanummer om te zetten in het bijbehorende fysieke frameadres.
  • 🛡️ Bescherming: Een geldigheids-/ongeldigheidsbit bij elke paginatabelvermelding beschermt het geheugen en geeft aan welke pagina's een proces mag benaderen.
  • ✅ Voordelen: Paging verwijdert externe fragmentatie en maakt swap mogelijk.ping Het is eenvoudig en snel om pagina's en kaders van gelijke grootte te plaatsen.
  • ⚠️ Zwakke punten: Paginering kan interne fragmentatie en overhead van de paginatabel veroorzaken, terwijl segmentatie in plaats daarvan gebruikmaakt van segmenten van variabele grootte die overeenkomen met de programmastructuur.
  • 🤖 AI-hoek: Machine learning optimaliseert beslissingen over paginavervanging, en Copilot helpt bij het schrijven van paging- en adresvertalingscode.
Meer informatie

Binnenkomen Operating-systeem

Wat is paging in besturingssysteem?

Paging Paging is een opslagmechanisme waarmee het besturingssysteem processen vanuit het secundaire geheugen naar het hoofdgeheugen kan ophalen in de vorm van pagina's. Bij paging wordt het hoofdgeheugen verdeeld in kleine, vaste blokken fysiek geheugen, frames genaamd. De grootte van een frame is gelijk aan die van een pagina om het hoofdgeheugen optimaal te benutten en externe fragmentatie te voorkomen. Paging wordt gebruikt voor snellere toegang tot gegevens en is een logisch concept.

Voorbeeld van paging in besturingssysteem

Om te begrijpen hoe pagina's aan frames worden gekoppeld, nemen we een eenvoudig voorbeeld. Als de grootte van het hoofdgeheugen 16 KB is en de grootte van een frame 1 KB, dan wordt het hoofdgeheugen verdeeld in een verzameling van 16 frames van elk 1 KB.

Het systeem bestaat uit 4 afzonderlijke processen, namelijk A1, A2, A3 en A4, elk van 4 KB. Alle processen zijn onderverdeeld in pagina's van 1 KB, zodat het besturingssysteem één pagina in één frame kan opslaan.

Aan het begin van het proces blijven alle frames leeg, waardoor alle pagina's van de processen aaneengesloten worden opgeslagen.

Voorbeeld van paging in een besturingssysteem waarbij pagina's aaneengesloten worden geladen.

In dit voorbeeld zie je dat A2 en A4 na enige tijd naar de wachtstatus worden verplaatst. Daardoor komen acht frames leeg te staan ​​en kunnen andere pagina's in die lege blokken worden geladen. Proces A5, met een grootte van 8 pagina's (8 KB), wacht in de gereedstaande wachtrij.

Voorbeeld van paging in een besturingssysteem waarbij een proces in niet-aaneengesloten frames wordt geladen.

Er zijn nu acht niet-aaneengesloten frames beschikbaar in het geheugen, en paging biedt de flexibiliteit om het proces op verschillende plaatsen op te slaan. Hierdoor kan het besturingssysteem de pagina's van proces A5 laden in plaats van A2 en A4.

Wat is pagingbeveiliging?

Het pagingproces wordt beveiligd door een extra bit in te voegen, de zogenaamde geldigheids-/ongeldigheidsbit. Geheugenbeveiliging bij paging wordt bereikt door beveiligingsbits aan elke pagina te koppelen. Deze bits zijn gekoppeld aan elke paginatabelvermelding en specificeren de toegestane beveiliging voor de betreffende pagina.

Voordelen van paging

Hieronder volgen de voordelen van het gebruik van de pagineringsmethode:

  • Het is een gebruiksvriendelijke geheugenbeheer algoritme.
  • Externe fragmentatie is niet nodig.
  • Ruilenping Het is eenvoudig om pagina's en paginakaders van gelijke grootte te gebruiken.

GERELATEERDE ARTIKELEN

Nadelen van paging

Hieronder volgen de nadelen van paginering:

  • Het kan interne fragmentatie veroorzaken.
  • Paginatabellen verbruiken extra geheugen.
  • Paging op meerdere niveaus kan leiden tot geheugenreferentie-overhead.

Wat is segmentatie?

Segmentatie werkt vrijwel hetzelfde als paginering. Het enige verschil is dat segmenten een variabele lengte hebben, terwijl pagina's bij paginering altijd een vaste grootte hebben.

Een programmasegment omvat de hoofdfunctie van het programma, datastructuren, hulpprogrammafuncties, enzovoort. Het besturingssysteem houdt een segmenttabel bij voor alle processen. Deze tabel bevat ook een lijst met vrije geheugenblokken, samen met hun grootte, segmentnummers en geheugenlocaties in het hoofdgeheugen. virtueel geheugen.

Voordelen van segmentatie

Hieronder volgen de voordelen van segmentatie:

  • Het biedt bescherming binnen de segmenten.
  • Delen kan worden bereikt door segmenten te laten verwijzen naar meerdere processen.
  • Het veroorzaakt geen interne fragmentatie.
  • Segmenttabellen gebruiken minder geheugen dan paging.

Nadelen van segmentatie

Hieronder volgen de nadelen van segmentatie:

  • Bij de segmentatiemethode worden processen in en uit het hoofdgeheugen geladen. Hierdoor wordt de vrije geheugenruimte opgedeeld in kleine stukjes, wat kan leiden tot externe fragmentatie.
  • Het is een kostbaar algoritme voor geheugenbeheer.

Veelgestelde vragen

Een paginafout treedt op wanneer een proces een pagina opvraagt ​​die zich momenteel niet in het hoofdgeheugen bevindt. Het besturingssysteem pauzeert het proces, haalt de pagina uit het secundaire geheugen en plaatst deze in een vrij frame, waarna de uitvoering wordt hervat.

Een paginatabel is een datastructuur die het besturingssysteem voor elk proces bijhoudt. Deze tabel koppelt elk logisch paginanummer aan het fysieke frame waarin die pagina zich bevindt, waardoor correcte adresvertaling tijdens de uitvoering mogelijk is.

De TLB is een kleine, snelle cache die de recente pagina-naar-frame-mapping opslaat.pingHet versnelt de adresvertaling doordat een volledige paginatabelzoekactie in het geheugen voor veelvuldig geraadpleegde pagina's wordt vermeden.

Een pagina is een blok van een proces met een vaste grootte in het logische geheugen, terwijl een frame een blok van dezelfde grootte in het fysieke geheugen is. Paging laadt elke pagina in precies één vrij frame.

Demand paging laadt een pagina pas in het geheugen wanneer het proces er daadwerkelijk naar verwijst, in plaats van het hele proces vooraf te laden. Dit bespaart geheugen en versnelt het opstarten van processen.

Interne fragmentatie verspilt ruimte binnen een toegewezen frame wanneer een pagina dit frame niet volledig vult. Externe fragmentatie laat verspreide lege ruimtes achter tussen toewijzingen. Paginering verwijdert externe fragmentatie, maar kan nog steeds interne fragmentatie veroorzaken.

Machine learning-modellen voorspellen toekomstige paginverwijzingen om beslissingen over paginavervanging en prefetching te sturen. Deze AI-technieken zijn erop gericht het aantal paginafouten te verlagen en het geheugengebruik in datacenters en cloudsystemen te verbeteren.

Ja. GitHub Copilot kan FIFO-, LRU- en optimale paginavervangingscode genereren, evenals paging-simulaties in C. Javaof PythonControleer altijd het aantal fouten en de randgevallen voordat u op de uitvoer vertrouwt.

Vat dit bericht samen met: