Bài giảng Hệ thống máy tính - Chương 7: Bộ nhớ thực

Chapter 7: Boä Nhôù Thöïc<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Caùc kieåu ñòa chæ nhôù<br /> Chuyeån ñoåi ñòa chæ nhôù<br /> Overlay vaø swapping<br /> Vaán ñeà caáp phaùt boä nhôù lieân tuïc (contiguous memory<br /> allocation)<br /> <br /> <br /> <br /> Giaûi phaùp fixed partitioning<br /> Giaûi phaùp dynamic partitioning<br /> <br /> 1<br /> <br /> Quaûn lyù boä nhôù<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Kernel chieám moät vuøng coá ñònh cuûa boä nhôù, vuøng coøn laïi<br /> daønh ñeå caáp phaùt cho caùc process<br /> Caáp phaùt vuøng nhôù cho caùc process sao cho heä thoáâng<br /> hoaït ñoäng hieäu quaû<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Vd: Naïp caøng nhieàu process vaøo boä nhôù caøng toát ñeå gia taêng<br /> möùc ñoä multiprogramming<br /> <br /> Quaûn lyù boä nhôù<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Caáp phaùt vuøng nhôù cho caùc process<br /> Baûo veä: kieåm tra truy xuaát boä nhôù coù hôïp leä khoâng<br /> Chia seû: cho pheùp caùc process chia seû vuøng nhôù chung<br /> Chuyeån ñoåi ñòa chæ luaän lyù sang ñòa chæ vaät lyù<br /> <br /> 2<br /> <br /> Caùc kieåu ñòa chæ nhôù (1/2)<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Ñòa chæ vaät lyù -- physical (memory) address -- laø ñòa chæ<br /> maø CPU, hay MMU (neáu coù), göûi ñeán boä nhôù chính<br /> Ñòa chæ luaän lyù (logical address) laø ñòa chæ maø moät quaù<br /> trình sinh ra<br /> Caùc ñòa chæ sinh bôûi trình bieân dòch (compiler) laø<br /> töông ñoái hay khaû taùi ñònh vò (relocatable): compiler giaû thieát<br /> khoâng gian ñòa chæ cuûa ñôn vò bieân dòch (compilation unit) baét ñaàu<br /> töø ñòa chæ 0<br /> hoaëc<br />  tuyeät ñoái: keát quaû bieân dòch coù theå naïp ñöôïc ngay vaøo boä nhôù ñeå<br /> thöïc thi; ít ñöôïc duøng<br /> <br /> <br /> 3<br /> <br /> 1<br /> <br /> Caùc kieåu ñòa chæ nhôù (2/2)<br /> Khi moät leänh ñöôïc thöïc thi, caùc ñòa chæ luaän lyù phaûi ñöôïc<br /> chuyeån ñoåi thaønh ñòa chæ vaät lyù<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Söï chuyeån ñoåi naøy thöôøng coù söï hoã trôï cuûa phaàn cöùng ñeå ñaït<br /> hieäu naêng cao<br /> <br /> 4<br /> <br /> Töø maõ nguoàn ñeán file thöïc thi ñöôïc<br /> Linker: keát hôïp caùc object module thaønh moät file thöïc thi ñöôïc<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> <br /> <br /> taùi ñònh vò ñòa chæ töông ñoái vaø phaân giaûi caùc external reference<br /> keát hôïp caùc object module thaønh moät load module (file nhò phaân khaû thöïc<br /> thi)<br /> System<br /> static linking<br /> library<br /> <br /> dynamic linking<br /> <br /> System<br /> library<br /> 5<br /> <br /> Thöïc hieän (static) linking<br /> Linker chuyeån ñoåi ñòa chæ töông ñoái sang ñòa chæ tuyeät ñoái<br /> <br /> <br /> 0<br /> <br /> Module A<br /> CALL B<br /> <br /> length L<br /> <br /> relocatable<br /> object modules<br /> <br /> L - 1 Return<br /> 0<br /> <br /> M-1<br /> 0<br /> <br /> Module A<br /> JMP “L”<br /> <br /> L - 1 Return<br /> L Module B<br /> <br /> Module B<br /> CALL C<br /> <br /> 0<br /> <br /> length M<br /> <br /> JMP “L+M”<br /> <br /> load module<br /> <br /> L  M - 1 Return<br /> <br /> Return<br /> <br /> LM<br /> <br /> Module C<br /> <br /> Module C<br /> length N<br /> L  M  N - 1 Return<br /> <br /> N - 1 Return<br /> 6<br /> <br /> 2<br /> <br /> Chuyeån ñoåi ñòa chæ<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Chuyeån ñoåi ñòa chæ: quaù trình aùnh xaï moät ñòa chæ töø khoâng<br /> gian ñòa chæ naøy sang khoâng gian ñòa chæ khaùc<br /> Bieåu dieãn ñòa chæ nhôù<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Trong source code: symbolic (caùc bieán, haèng, pointer…)<br /> Thôøi ñieåm bieân dòch: thöôøng laø ñòa chæ töông ñoái<br />  Ví duï: a ôû vò trí 14 byte so vôùi vò trí baét ñaàu cuûa module<br /> Thôøi ñieåm linking/loading: coù theå laø ñòa chæ tuyeät ñoái<br /> <br /> 2000<br /> <br /> 0<br /> <br /> int i;<br /> goto p1;<br /> p1<br /> <br /> 2250<br /> <br /> 250<br /> <br /> symbolic address<br /> <br /> relative address<br /> physical memory<br /> 7<br /> <br /> Sinh ñòa chæ tuyeät ñoái vaøo thôøi ñieåm bieân dòch<br /> Symbolic<br /> addresses<br /> PROGRAM<br /> <br /> Absolute<br /> addresses<br /> <br /> JUMP i<br /> <br /> i<br /> <br /> Physical memory<br /> addresses<br /> <br /> 1024<br /> <br /> 1024<br /> <br /> JUMP 1424<br /> <br /> JUMP 1424<br /> 1424<br /> <br /> LOAD j<br /> DATA<br /> <br /> j<br /> <br /> 1424<br /> LOAD 2224<br /> <br /> Compile<br /> <br /> LOAD 2224<br /> <br /> Load<br /> <br /> 2224<br /> <br /> Source code<br /> <br /> Absolute load module<br /> <br /> 2224<br /> <br /> Process image<br /> <br /> 8<br /> <br /> Chuaån bò sinh ñòa chæ vaät lyù (1)<br /> <br /> <br /> Vaøo thôøi ñieåm bieân dòch<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Compiler sinh ñòa chæ tuyeät ñoái<br /> Caàn thoâng tin cho bieát load module seõ ñöôïc naïp ôû ñaâu<br /> Khoâng caàn linker<br /> Loader raát ñôn giaûn<br /> Hieám ñöôïc duøng (MSDOS .COM files)<br /> <br /> 9<br /> <br /> 3<br /> <br /> Chuaån bò sinh ñòa chæ vaät lyù (2)<br /> <br /> <br /> Vaøo thôøi ñieåm link-edit<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> <br /> <br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Compiler<br />  Sinh ñòa chæ töông ñoái (a.k.a. relocatable) cho moãi ñôn vò bieân<br /> dòch<br />  Tham chieáu ñeán ñòa chæ ngoaøi<br /> Linkage editor<br />  Chuyeån ñoåi ñòa chæ relocatable sang ñòa chæ tuyeät ñoái<br />  Phaân giaûi caùc tham chieáu ñeán ñòa chæ ngoaøi<br />  Caàn thoâng tin cho bieát linked program seõ ñöôïc naïp ôû ñaâu<br /> Loader vaãn coøn raát ñôn giaûn<br /> Yeâu caàu veà phaàn cöùng thaáp<br /> Moät chöông trình chæ coù theå ñöôïc naïp taïi nôi ñaõ ñöôïc ñaëc taû vaø<br /> khoâng theå dòch chuyeån sau khi ñöôïc naïp<br /> Khoâng coøn ñöôïc duøng nhieàu<br /> 10<br /> <br /> Chuaån bò sinh ñòa chæ vaät lyù (3)<br /> <br /> <br /> Vaøo thôøi ñieåm naïp<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Töông töï thôøi ñieåm link-edit, nhöng khoâng giöõ coá ñònh ñòa chæ baét<br /> ñaàu<br /> Chöông trình coù theå ñöôïc naïp ôû baát cöù ñaâu<br /> Chöông trình coù theå dòch chuyeån nhöng khoâng taùch ñöôïc<br /> Chæ caàn phaàn cöùng ñôn giaûn: caùc thanh ghi base/limit<br /> Loader thieát laäp trò cho caùc thanh ghi base/limit<br /> Khoâng coøn ñöôïc duøng phoå bieán<br /> <br /> 11<br /> <br /> Sinh ñòa chæ vaät lyù<br /> <br /> <br /> Vaøo thôøi ñieåm thöïc thi<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Ñòa chæ ñöôïc chuyeån ñoåi ñoäng trong khi thöïc thi<br /> Caàn coù phaàn cöùng ñeå chuyeån ñoåi ñòa chæ aûo sang ñòa chæ vaät lyù<br /> ñöôïc nhanh<br />  “Phaân trang” (“paging”)<br />  “Phaân ñoaïn” (“segmentation”)<br /> Raát phoå bieán hieän nay<br /> <br /> 12<br /> <br /> 4<br /> <br /> Söû duïng vuøng nhôù bôùt phí phaïm<br /> <br /> <br /> Caùc kyõ thuaät hoã trôï söû duïng vuøng nhôù bôùt phí phaïm:<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Dynamic linking<br /> Dynamic loading<br /> Overlay<br /> Swapping<br /> <br /> 13<br /> <br /> Dynamic linking (1)<br /> Trong dynamic linking<br /> Vieäc link moät load module L ñeán moät module ngoaøi<br /> (external module) ñöôïc thöïc hieän sau khi ñaõ taïo xong L<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> <br /> <br /> <br /> <br /> MS Windows: module ngoaøi laø caùc file .dll<br /> Unix: module ngoaøi laø caùc file .so (shared library)<br /> <br /> Load module chöùa caùc stub tham chieáu (refer) ñeán caùc<br /> routine cuûa external module<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Khi process goïi routine laàn ñaàu, stub seõ naïp routine vaøo boä nhôù<br /> (neáu routine chöa ñöôïc naïp tröôùc ñoù), thay theá ñòa chæ mình baèng<br /> ñòa chæ routine, vaø goïi routine ñeå thöïc thi<br /> Caùc laàn goïi routine sau seõ xaûy ra bình thöôøng, khoâng toán<br /> overhead<br /> <br /> 14<br /> <br /> Dynamic linking (2)<br /> <br /> <br /> Nhaéc laïi static linking<br /> <br /> 0x08048000<br /> <br /> program<br /> <br /> main:<br /> ...<br /> call printf<br /> <br /> printf:<br /> ...<br /> ret<br /> <br /> copy từ libc<br /> <br /> 15<br /> <br /> 5<br /> <br />