Sider og segmenter. dopsys 1

Transkript

1 Sider og segmenter dopsys 1

2 Lokal vs global sideallokering (1) Med (a) som udgangspunkt giver (b) lokal hhv. (c) global allokering forskellige resultater dopsys 2

3 Lokal vs global sideallokering (2) Den page fault rate en proces har med et givet antal frames, afspejler om den har for mange / for få sider dopsys 3

4 Separate adresserum til kode/data Med en Harvard arkitektur (to separate adresserum) kan man fordoble pladsen (jvf. 32/16/8 bit ;-) dopsys 4

5 Delte sider Hvis man kører flere processer over det samme program så kan man dele visse sider, især kode dopsys 5

6 Shared libraries Kode-sider kan deles (shared libraries) ved referencer fra flere sidetabeller; men pas på ved forskellige adresser! dopsys 6

7 [Click] Hvilke problemer skaber det at delt kode placeres på forskellige adresser? A. Det er et problem: Absolutte adresser ud af delt kode virker ikke (omgivelserne er forskellige) B. Det er et problem: Absolutte adresser internt i delt kode dur kun ved een placering C. Det kan klares: Vi justerer alle absolutte adresser i den delte kode så de virker i den givne sammenhæng D. Ved ikke dopsys 7

8 Page fault (1) En lang historie Hardware laver et trap, program counter gemmes En assembler rutine i kernen gemmer registre oa. CPU-tilstand C funktion i kernen vedr. page fault kaldes, og den opdager hvilken side der gav fejlen (undersøg kode ved program counter) Når den virtuelle adresse som skabte fejlen kendes, så checker systemet at den er gyldig og har acceptable tilladelses-bits til den anvendelse som er på vej dopsys 8

9 Page fault (2) Alloker om muligt en fri frame; kør ellers en algoritme til sideudskiftning (page eviction) Hvis den valgte side er ændret (dirty) bestilles overførsel til disk, og der laves context switch Hvis siden er uændret (clean), så beregnes den sektor på disken hvor den nye side er, indlæsning bestilles og der laves context switch Et interrupt indikerer senere at siden er indlæst, hvorefter sidetabeller opdateres så de angiver den korrekte frame, som derefter markeres som værende klar til brug dopsys 9

10 Page fault (3) Den instruktion som gav page fault nulstilles (dvs. tilstanden før udførelse genskabes), og program counter sættes tilbage til starten af denne instruktion Den proces som fik fejlen scheduleres, operativsystemet returnerer til den assembler rutine som kaldte den Denne rutine skriver CPU-tilstanden tilbage (fx registre), så processen kan fortsætte som om intet var hændt dopsys 10

11 Gå til starten af en instruktion dopsys 11

12 At gemme sider på disk (1) Statisk allokering: Hver side har sin egen plads på disken dopsys 12

13 At gemme sider på disk (2) Dynamisk allokering: Når en side skal gemmes finder man en plads på disken dopsys 13

14 Policy vs mechanism (1) Lagerstyring (memory management) består af tre dele som tager sig af mekanisme hhv. politik : Styring af MMU en En page fault rutine i kernen En ekstern rutine (external pager) i user space dopsys 14

15 Policy vs mechanism (2) dopsys 15

16 Segmentering (1) Eksempel til motivering: en compiler har mange tabeller som vokser dynamisk, herunder: Kildeteksten Symboltabellen navne og attributter for variabler Tabellen med konstanter (integer, floating point, string, symbol,...) Parsetræet, den syntaktiske analyse af programmet Run-time stakken Ide: to-dimensionelt lager: dopsys 16

17 Segmentering (2) Sammenlign med et normalt, endimensionelt lager dopsys 17

18 Segmentering (3) Hvert segment kan gro uafhængigt af de øvrige: Anvender base/limit i separate registre dopsys 18

19 [Click] I hvilken grad er der tale om et 2-dimensionelt lager? A. Vi kan frit justere den anden dimension: størrelsen, eller den første: at lave/droppe et segment B. Vi kan frit lave/droppe et segment, men ikke så frit justere størrelsen C. Vi kan frit justere størrelsen på hvert segment, men ikke så frit lave et nyt eller droppe et segment D. Ved ikke dopsys 19

20 Sammenligning: segmenter/sider dopsys 20

21 Implementering af rene segmenter Skridt (a)..(d): fragmentering opstår; (e) pakning (compaction) dopsys 21

22 Segmenter + Sider: MULTICS (1) En segment descriptor er et startpunkt for opslag, giver rette page table dopsys 22

23 Segmenter + Sider: MULTICS (2) En segment descriptor angiver page table, segment size, page size, paging enabled, mv. dopsys 23

24 Segmenter + Sider: MULTICS (3) Algoritme til opslag med segmenter: Segmentnummeret bruges til at finde segment descriptor Check om segmentets sidetabel er i memory: hvis ikke, så rejses en segment fault hvis beskyttelse brydes, så udføres en trap dopsys 24

25 Segmenter + Sider: MULTICS (4) Check indgangen i sidetabellen: hvis siden ikke er i memory skabes en page fault hvis siden er i memory, så udtrækkes adressen for starten af den pågældende side Det angivne offset lægges til sidens adresse Læs eller skriv denne adresse dopsys 25

26 Segmenter + Sider: MULTICS (5) Formatet for en virtuel adresse dopsys 26

27 Segmenter + Sider: MULTICS (6) Beregning af fysisk adresse dopsys 27

28 Segmenter + Sider: MULTICS (7) God ydelse opnås pga. TLB dopsys 28

29 [Click] Er der nogen størrelser som idag er urealistiske med MULTICS segmenter? A. Der er 18 bits til segment nummer, det er for få segmenter B. Sidenumre, 6 bits, er alt for små vi kan fx ikke have al koden i et kodesegment C. Offset er for småt, hver side er for lille D. Ved ikke dopsys 29

30 Segmenter + Sider: Pentium (1) En segment selector : Global descriptor table, local descriptor table dopsys 30

31 Segmenter + Sider: Pentium (2) En segment descriptor hentes når et segment-register får en ny værdi dopsys 31

32 Segmenter + Sider: Pentium (3) Beregning af en lineær adresse (fysisk eller virtuel!) dopsys 32

33 Segmenter + Sider: Pentium (4) Oversættelse virtuel/fysisk adresse ved paging dopsys 33

34 Segmenter + Sider: Pentium (5) Privilegie-niveauer, kald vs data, CPU/segment status dopsys 34

35 Opsummering Sideallokering: Lokale vs globale algoritmer Delte sider, kode som er position independent Skridt-for-skridt page fault Administration af disk (swap partition) ved paging Brug af external pager : Policy/mechanism Segmenter: Begreb, motivation Basal implementation, fragmentering Segmenter + sider: MULTICS, Pentium dopsys 35

36 Extra: 64 bit paging Forward-mapped page tables are impractical for 64 bit address spaces, because the overhead of sever memory accesses on every TLB miss is not acceptable. A New Page Table for 64-bit Address Spaces Madhusudhan Talluri, Mark D. Hill, Yousef A. Khalidi, SOSP 95 dopsys 36

37 Extra: IA-32e paging Bruges af Intel 64 modellen i long mode Ikke alle 64 bits bruges til det virtuelle adresserum Implementationer vælger en bredde M, nu: 48 bits Kanoniske adresser: alle bits over no.47 ens 48 bit page tables OK... dopsys 37

38 Extra: IA-32e paging dopsys 38

39 Extra: IA-32e paging dopsys 39

40 Extra: IA-32e paging dopsys 40