Bài tập Lý thuyết - 2305HTTA018: Phân trang và Phân đoạn trong Bộ nhớ | Đại Học Nội Vụ Hà Nội

lOMoARcP SD| 58886076 Bài tập Lý thuyết: Câu 1: -Phân trang (Paging) +Khái niệm: •
Bộ nhớ được chia thành các trang nhỏ, kích thước cố định. •
Quy trình lưu trữ dữ liệu trên các trang, mà mỗi trang lưu trên một khối bộ n hớ vật lý tương ứng. •
Trang được đánh số, sử dụng bảng trang (page table) để ánh xạ địa chỉ logic tới địa chỉ vật lý. +Ưu điểm: •
Tránh được phân mảnh bên trong vì các trang có kích thước cố định. •
Quản lý bộ nhớ dễ dàng và hiệu quả hơn nhờ cơ chế ánh xạ. +Nhược điểm: •
Gây ra phân mảnh bên ngoài vì các chương trình có thể chiếm nhiều khối tra ng hơn cần thiết. •
Yêu cầu quản lý bảng trang phức tạp. -Phân đoạn (Segmentation) +Khái niệm: •
Bộ nhớ được chia thành các đoạn, kích thước thay đổi. •
Các đoạn đại diện cho các thành phần logic như mã, dữ liệu hoặc ngăn xếp. •
Đoạn được đánh số, sử dụng bảng đoạn (segment table) để ánh xạ địa chỉ log
ic tới địa chỉ vật lý. +Ưu điểm: •
Quản lý bộ nhớ linh hoạt và phản ánh cấu trúc logic của chương trình. •
Tránh phân mảnh bên ngoài và dễ dàng chia sẻ các đoạn giữa các tiến trình. +Nhược điểm: •
Gây ra phân mảnh bên trong vì kích thước của các đoạn thay đổi. •
Phức tạp hơn trong việc quản lý và bảo mật các đoạn Câu 2: Page Table là gì? lOMoARcP SD| 58886076 +Khái niệm:
Page table là một cấu trúc dữ liệu được sử dụng bởi hệ thống bộ nhớ ảo để lưu trữ
ánh xạ giữa địa chỉ logic và địa chỉ vật lý.
Địa chỉ logic được tạo ra bởi CPU cho các trang của quy trình, do đó chúng thường
được các quy trình sử dụng.
Địa chỉ vật lý là địa chỉ khung thực của bộ nhớ. Chúng thường được sử dụng bởi
phần cứng hoặc cụ thể hơn là bởi các hệ thống con RAM.
*Tại sao hệ điều hành cần dùng Page Table trong cơ chế phân trang? -Giải thích:
Tiết kiệm bộ nhớ: Page Table là cấu trúc dữ liệu quản lý thông tin về các
trang (pages) trong bộ nhớ ảo. Khi hệ thống có quá nhiều trang hoặc quá
nhiều quyền truy cập đến trang, kích thước của Page Table sẽ tăng lên và sử
dụng nhiều bộ nhớ hơn. Quản lý kích thước Page Table giúp giảm bớt sự
lãng phí bộ nhớ và tối ưu hóa việc sử dụng bộ nhớ hơn.
Tăng hiệu năng: Một Page Table lớn có thể tạo ra tốn kém cho việc truy cập
và tìm kiếm thông tin về trang. Khi kích thước của Page Table được quản lý
một cách hiệu quả, nó giúp tăng tốc độ truy cập và tìm kiếm trong Page
Table, từ đó cải thiện hiệu năng tổng thể của hệ thống.
Giảm chi phí phân trang: Trong hệ thống phân trang, quản lý kích thước
Page Table giúp giảm tải công việc phân trang bằng cách chỉ cần quản lý các
trang thực sự được sử dụng. Nếu Page Table quá lớn, việc phân trang có thể
trở nên đáng kể, ảnh hưởng đến hiệu suất hệ thống.
Giảm sự tăng dữ liệu: Khi kích thước Page Table được quản lý tốt, nó giúp
giảm sự tăng dữ liệu trong Page Table và giữ cho Page Table có kích thước
tối thiểu. Điều này cũng đồng nghĩa với việc giảm bớt các tác động tiêu cực
lên cache và tối ưu hóa việc truy cập bộ nhớ Câu 3:
- Phân mảnh ngoại (external fragmentation)
Kích thước không gian bộ nhớ còn trống đủ để thỏa mãn một yêu cầu cấp phát, tuy
nhiên không gian nhớ này không liên tục. - Phân mảnh nội (internal fragmentation) lOMoARcP SD| 58886076
Kích thước vùng nhớ được cấp phát có thể hơi lớn hơn vùng nhớ yêu cầu. Ví dụ:
cấp một khoảng trống 18,464 bytes cho một process yêu cầu 18,462 bytes Hiện
tượng phân mảnh nội thường xảy ra khi bộ nhớ thực (physical memory) được chia
thành các khối kích thước cố định (fixed-sized block) và các process được cấp phát
theo đơn vị khối. Ví dụ: cơ chế phân trang (paging) Câu 4: Cách thức hoạt động:
1. Phân đoạn (Segmentation): •
Chương trình được chia thành các đoạn logic (ví dụ: mã lệnh, dữ liệu, ngăn xếp). •
Mỗi đoạn có kích thước khác nhau, phản ánh cấu trúc logic của chươn g trình.
2. Phân trang trong phân đoạn (Paging within Segmentation): •
Mỗi đoạn lớn lại được chia nhỏ thành các trang có kích thước cố định. •
Các trang này lưu trữ trên bộ nhớ vật lý theo cách truyền thống của ph ân trang.
Quá trình ánh xạ địa chỉ:
1. Địa chỉ logic: Bao gồm số đoạn và địa chỉ trong đoạn.
2. Bảng đoạn (Segment Table): Ánh xạ số đoạn tới bảng trang.
3. Bảng trang (Page Table): Ánh xạ địa chỉ trong đoạn tới trang vật lý.
Ưu điểm của phương pháp kết hợp: •
Giảm phân mảnh bên trong và bên ngoài: Phân trang giúp giảm phân mảnh b
ên trong, trong khi phân đoạn giúp giảm phân mảnh bên ngoài. •
Quản lý bộ nhớ hiệu quả: Chia nhỏ các đoạn lớn thành trang giúp sử dụng k
hông gian bộ nhớ một cách tối ưu. •
Tăng tính linh hoạt: Phân đoạn phản ánh cấu trúc logic của chương trình, dễ
dàng chia sẻ đoạn giữa các tiến trình. •
Bảo mật tốt hơn: Mỗi đoạn có thể có quyền truy cập riêng, tăng cường bảo mật.
Câu 5: Vai trò của Multi-Level Page Table:
1. Giảm kích thước bảng trang: lOMoARcP SD| 58886076 •
Một bảng trang đơn cấp có thể rất lớn, đặc biệt khi không gian địa chỉ
ảo rất rộng (ví dụ, 64-bit). •
Multi-level page table chia nhỏ bảng trang thành nhiều cấp, giúp giảm
lượng bộ nhớ cần thiết để lưu trữ bảng trang.
2. Tối ưu hóa quản lý bộ nhớ: •
Khi sử dụng phân trang nhiều cấp, chỉ các phần cần thiết của bảng tra
ng được giữ trong bộ nhớ vật lý. •
Các phần không được sử dụng thường xuyên có thể được lưu trữ trên
ổ đĩa cứng, tiết kiệm tài nguyên bộ nhớ.
3. Hiệu quả trong việc ánh xạ địa chỉ: •
Multi-level page table giúp hệ điều hành quản lý địa chỉ ảo và vật lý
một cách linh hoạt và hiệu quả. •
Giảm thiểu phân mảnh và tối ưu hóa việc sử dụng bộ nhớ.
Tại sao hệ điều hành cần sử dụng phân trang nhiều cấp:
1. Hỗ trợ không gian địa chỉ lớn: •
Đối với hệ thống sử dụng không gian địa chỉ 64-bit, bảng trang đơn cấ
p sẽ rất lớn và không hiệu quả. •
Phân trang nhiều cấp giúp quản lý và ánh xạ địa chỉ 64-bit một cách hi ệu quả hơn. 2. Tiết kiệm bộ nhớ: •
Multi-level page table chỉ giữ các bảng trang cần thiết trong bộ nhớ vậ
t lý, tiết kiệm không gian bộ nhớ. •
Giúp giảm lượng bộ nhớ vật lý bị lãng phí.
3. Cải thiện hiệu suất: •
Phân trang nhiều cấp giúp giảm thiểu việc truy cập không cần thiết và
o bộ nhớ và cải thiện hiệu suất hệ thống. •
Giúp hệ thống hoạt động mượt mà và hiệu quả hơn.