การจัดการหน่วยความจำหลักแบบดีมานด์เพจ (Demanded Paged Memory Management)
การพัฒนาการจัดการหน่วยความจำหลักแบบดีมานด์เพจ ที่กำหนดให้เรียกเฉพาะเพจที่ต้องการใช้งานเท่านั้นเข้ามาบรรจุในหน่วยความจำหลัก โดยนำเอาการสับเปลี่ยนเพจ (Page Swapping) เข้ามาช่วยในการทำงาน จะเห็นได้ว่าเป็นการสับเปลี่ยนเฉพาะเพจที่ต้องการใช้เข้ามาไว้ในหน่วยความจำหลัก กล่าวคือ เป็นการสับเปลี่ยนเท่าที่จำเป็นเท่านั้น
อัลกอริธึมการแทนที่เพจ (Page Replacement Algorithm)
เพื่อเรียกเพจที่ต้องการใช้แต่ไม่อยู่ในหน่วยความจำหลัก ให้เข้าไปอยู่ในหน่วยความจำหลัก ในกรณีที่หน่วยความจำหลักไม่มีที่ว่าง ระบบปฏิบัติการจำเป็นต้องพิจารณาเลือกเอาบางเพจออกจากหน่วยความจำหลัก เพื่อให้ได้เฟรมว่าง (free frame)
อัลกอริธึม First In First Out (FIFO)
เป็นอัลกอริทึมที่ง่ายที่สุดในการแทนที่เพจ การทำงานของอัลกอริธึมสามารถแสดงให้เห็นชัดเจนด้วยการทำเพจเทรซ (page trace) ซึ่งแสดงให้เห็นในเพจที่บรรจุหน่วยความจำหลัก เมื่อระบบเรียกใช้เพจต่างๆ โดยกำหนดให้
P คือ เพจที่ถูกเรียกใช้ในการประมวลผล
M คือ จำนวนเฟรมของหน่วยความจำหลัก
F คือ จำนวนช่วงเวลาที่เกิดเพจฟอลท์ แสดงโดยใช้เครื่องหมาย +
อัลกอริธึม Least Recently Used (LRU)
ระบบนี้จะเลือกเพจที่อยู่ในหน่วยความจำหลัก ที่ไม่ได้ถูกเรียกใช้นานที่สุดออกไปจากหน่วยความจำหลักอย่างไรก็ตาม เราพบว่าอัลกอริธึมนี้มีปัญหาในเรื่องการประยุกต์เพื่อให้ได้มาซึ่งระบบที่ใช้การแทนที่เพจแบบ LRU ซึ่งอาจจำเป็นต้องมีฮาร์ดแวร์เข้ามาช่วยในการบันทึกเวลาที่มีการอ้างอิงแต่ละเพจครั้งล่าสุด เช่น การใช้ตัวนับ (Counter) และสแตก (Stack)
- ตัวนับ (Counter)
เวลาการใช้งาน (time-of-use) จะเลือกเพจที่มีค่าการใช้งานน้อยที่สุด (ไม่ได้ถูกใช้นานที่สุด)
- สแตก (Stack)
ถ้าเป็นหมายเลขที่อยู่ในสแตก จะนำหมายเลขนั้นไปไว้ที่ส่วนบนสุดของสแตก (top of stack) ดังนั้นเพจที่อยู่ตำแหน่งบนสุดของสแตกจะเป็นเพจที่ถูกเรียกใช้มากที่สุด
อัลกอริธึม LRU Approximation
พิจารณาจากค่าของบิตอ้างอิงของเพจนั้นๆ ถ้าบิตอ้างอิงของเพจมีค่าเป็น 0 แสดงว่า เพจนั้นไม่เคยถูกเรียกใช้งานเลย แต่ถ้าบิตอ้างอิงของเพจมีค่ามากกว่า 0 แสดงว่าเพจนั้นได้ถูกเรียกใช้งาน
อัลกอริธึมการจัดสรรเฟรม (Frame Allocation Algorithm)
อัลกอริธึมการจัดสรรเฟรม ได้แก่
การจัดสรรจำนวนเท่ากัน (Equal Allocation)
การจัดสรรจำนวนเป็นสัดส่วน (Proportional Allocation)
การจัดสรรตามลำดับความสำคัญ (Priority Allocation)
ระบบรับเข้า/ส่งออก (Input/Output System)
ฮาร์ดแวร์ของการรับเข้า/ส่งออก (Input/Output Hardware)
อุปกรณ์ที่ใช้สำหรับบันทึกข้อมูล เช่น ดิสก์, เทป
อุปกรณ์ช่วยในการส่งผ่านข้อมูล เช่น networks carde, โมเด็ม
อุปกรณ์ช่วยในการติดต่อระหว่างผู้ใช้กับเครื่องคอมพิวเตอร์ เช่น จอภาพ, แป้นพิมพ์, เมาส์
วิธีติดต่อระหว่างซีพียูกับอุปกรณ์มีดังนี้
การแมพหน่วยความจำ (Memory-Mapped I/O : MMIO)
รีจิสเตอร์ที่สำคัญ คือ รีจิสเตอร์สถานะ และรีจิสเตอร์คำสั่ง
รีจิสเตอร์สถานะ ทำหน้าที่ควบคุมสถานะของอุปกรณ์รับเข้า/ส่งออก รีจิสเตอร์สถานะมีค่าเป็น 1 เมื่ออุปกรณ์ไม่ว่าง และให้มีค่าเป็น 0 เมื่ออุปกรณ์ว่าง
รีจิสเตอร์คำสั่ง คำสั่งมีค่าเป็น 1 เมื่อมีคำสั่งให้อุปกรณ์ทำงาน และให้มีค่าเป็น 0 เมื่ออุปกรณ์ทำงานเสร็จเรียบร้อย
การแมพหน่วยความจำ วิธีนี้กำหนดให้ส่งหรือแมพ (map) รีจิสเตอร์ทุกตัวของตัวควบคุมอุปกรณ์ และบัฟเฟอร์ของอุปกรณ์ไปไว้ที่พื้นที่ของหน่วยความจำหลัก
การเข้าถึงหน่วยความจำโดยตรง (Direct Memory Access : DMA)
ต้องมีตัวควบคุม DMA (DMA controller) ซึ่งเป็นฮาร์ดแวร์ที่ประกอบด้วยรีจิสเตอร์จำนวนมาก
การขัดจังหวะ (Interrupts)
ซีพียูต้องมีสายสัญญาณขัดจังหวะ และชุดคำสั่งจัดการเรื่องขัดจังหวะ ในการทำงานนั้น
ซอฟต์แวร์ของการรับเข้า/ส่งออก (Input Output Software)
สามารถติดต่อกับฮาร์ดแวร์ได้โดยตรง
ความเป็นอิสระของอุปกรณ์
สามารถจัดการกับข้อผิดพลาดต่างๆที่อาจเกิดขึ้น
การรับเข้า/ส่งออกด้วยโปรแกรม (Programmed I/O)
เป็นวิธีที่ง่ายที่สุดในการจัดการรับเข้า/ส่งออกข้อมูล แต่ซีพียูต้องเสียเวลาทั้งหมดในการควบคุมการทำงาน ด้วยการตรวจสอบสถานะของเครื่องพิมพ์ ถ่ายโอนข้อมูลไปยังเครื่องพิมพ์ และรอให้เครื่องพิมพ์ทำงานเสร็จ วิธีนี้จึงเป็นการใช้งานซีพียูอย่างไม่เต็มประสิทธิภาพ
การรับเข้า/ส่งออกด้วยการขัดจังหวะ (Interrupt Driven I/O)
จากข้อเสียของการรับเข้า/ส่งออกด้วยโปรแกรม ซึ่งซีพียูจะต้องเสียเวลารอให้อุปกรณ์รับเข้า/ส่งออกทำงานจนเสร็จ จึงได้นำการขัดจังหวะเข้ามาช่วยในการควบคุมการรับเข้า/ส่งออก
การรับเข้า/ส่งออกด้วยการเข้าถึงหน่วยความจำโดยตรง (I/O using DMA)
มีการควบคุมการรับเข้า/ส่งออกข้อมูลโดยใช้ตัวควบคุม DMA ที่ทำให้ระบบสามารถเข้าถึงหน่วยความจำโดยตรง ขณะที่ซีพียูสามารถสลับไปทำงานอื่นได้ ไม่จำเป็นต้องเสียเวลารอการทำงานของอุปกรณ์ หรือรอการถ่ายโอนข้อมูลตลอดจนซีพียูไม่ต้องเสียเวลาในการขัดจังหวะ
อุปกรณ์ที่ใช้สำหรับบันทึกข้อมูล (Storage Devices)
อุปกรณ์ที่ใช้สำหรับบันทึกข้อมูล เช่น ดิสก์, เทป, ซีดีรอม ฯลฯ อุปกรณ์เหล่านี้ถูกใช้เป็นหน่วยความจำสำรองสำหรับบันทึกข้อมูลขนาดใหญ่ที่ยังไม่ต้องการประมวลผล
โครงสร้างของดิสก์ (Disk Structure)
การจัดเนื้อที่บนดิสก์แม่เหล็กได้มีการจัดแบ่งออกเป็น แทร็ก (track) และ เซคเตอร์ (sector)
ความเร็วในการทำงานของดิสก์ ขึ้นกับปัจจัยสำคัญ 2 ประการ คือ
อัตราการถ่ายโอนข้อมูล
อัตราเวลาการค้นหาตำแหน่ง
- ระยะเวลาการค้นหา
- ระยะเวลาที่ใช้หมุนดิสก์
การจัดรูปแบบดิสก์ (Disk Formatting)
การจัดรูปแบบระดับต่ำ
การแบ่งดิสก์
การจัดรูปแบบระดับสูง
การจัดเวลาการใช้ดิสก์ (Disk Scheduling)
การเรียกใช้งานฮาร์ดแวร์อย่างมีประสิทธิภาพ การจัดการใช้ดิสก์ที่สำคัญมีดังนี้
การจัดการเวลาแบบมาก่อนได้ก่อน (First Come First Serve Scheduling : FCFS)
การจัดการเวลาแบบสั้นที่สุดได้ก่อน (Shortest Seek Time First Scheduling : SSTF)
การจัดการเวลาแบบสแกน (Scan Scheduling : SCAN)
การจัดการเวลาแบบซี – สแกน (Circular Scan Scheduling : C-SCAN)
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น