Câu 12: trình bày các sơ đồ quản lý bộ nhớ: Hoán đổi (swapping), phân đoạn, phân trang, kết hợp giữa phân đoạn và phân trang. Các giải pháp nạp và thay thế trang ?

• Sơ đồ hoán đổi:

- Sơ đồ hoán đổi dựa trên nguyên tắc 1 chương trình ở trạng thái chờ đợi trong 1 khoảng thời gian tương đối dài sẽ được tạm thời chuyển ra bộ nhớ ngoài để giải phóng cho vùng nhớ cấp phát cho chương trình khác hoạt động. Khi chương trình kết thúc trạng thái chờ, nó sẽ được nạp trở lại bộ nhớ trong để tiếp tục thực hiện

- Sơ đồ swapping cần sử dụng 1 bộ nhớ ngoài, bộ nhớ này phải đủ lớn để lưu trữ các chương trình bị hoán đổi và phải cho phép hệ thống truy nhập trực tiếp đến các chương trình này

- Trong các hệ swapping, cần phải quan tâm tới thời gian chuyển đổi giữa các tác vụ. Mỗi chương trình phải được cấp phát giờ CPU đủ lớn để ko thấy rõ sự chậm trễ do các thao tác swap gây ra. Nếu ko hệ thống sẽ dùng phần lớn thời gian để chuyển đổi các chương trình vào ra bộ nhớ trong, như vậy giờ CPU sử dụng ko hiệu quả

- Trong sơ đồ tổ chức này cũng gây ra hiện tượng phân đoạn bộ nhớ do đó phải sử dụng các kỹ thuật dồn bộ nhớ để loại bỏ hiện tượng phân mảnh ngoại vi

• Sơ đồ phân đoạn:

- Trong sơ đồ phân đoạn các modul chương trình được biên dịch 1 cách riêng biệt. Thông tin về các modul chương trình được chứa trong bảng quản lý đoạn - SCB (segment control block) Mỗi phần tử trong SCB tương ứng với 1 modul chương trình

- Ưu điểm: sơ đồ này ko đòi hỏi công cụ tổ chức đặc biệt do đó có thể áp dụng trên mọi hệ thống

- Nhược điểm: hiệu quả sử dụng bộ nhớ phụ thuộc vào cấu trúc chương trình của người sử dụng. Ngoài ra sau 1 thời gian hoạt động, bộ nhơ bị phân đoạn do đó phải tổ chức lại bộ nhớ bằng cách đưa bớt 1 số modul ra ngoài. Việc bố trí lại sẽ đơn giản hơn các sơ đồ khác vì có sự hỗ trợ của SCB. Sơ đồ phân đoạn chỉ được áp dụng đồng bộ với chương trình có cấu trúc phân đoạn

• Sơ đồ phân trang:

- Sơ đồ phân trang là trường hợp đặc biệt của sơ đồ phân đoạn. Trong sơ đồ phân trang bộ nhớ chương trình và bộ nhớ vật lý được chia thành các phần bằng nhau gọi là trang. Trang là đơn vị dùng để phân phối bộ nhớ. Số trang của bộ nhớ vật lý phụ thuộc vào kích thước trang và kích thước bộ nhớ. Còn số trang của bộ nhớ chương trình phụ thuộc kích thước chương trình. Thông thường để tạo điều kiện thuận lợi trong xử lý, người ta thường đặt kích thước trang là luỹ thừa của 2

- Khi thực hiện chương trình hệ thống xây dựng 1 bảng quản lý trang (page control block - PCB) để xác lập mối quan hệ giữa trang vật lý và trang logic. Mỗi phần tử trong bảng quản lý trang tương ứng với 1 trang logic

- Ưu điểm: Sơ đồ phân trang làm tăng tốc độ truy cập bộ nhớ. Mặt khác sơ đồ ko bị hiện tượng phân đoạn bộ nhớ. Nếu còn bộ nhớ tự do thì kích thước phải chẵn trang do đó bao giờ cũng đủ chỗ để đưa các trang vào. Tình trạng thiếu bộ nhớ thực sự chỉ sảy ra khi tất cả các trang vật lý đều được sử dụng hết

- Nhược điểm: Cần có thiết bị vật lý hỗ trợ công việc định vị trang, vì mỗi trang vật lý ko phải là 1 modul hoàn chỉnh nên ko thể biến đổi địa chỉ và tự định vị theo địa chỉ đầu

• Sơ đồ kết hợp phân trang và phân đoạn:

- Sơ đồ phân trang đảm bảo hiệu quả sử dụng bộ nhớ ko phụ thuộc vào cấu trúc chương trình của người sử dụng, điều khiển trang thuận tiện, đơn giản. Tuy nhiên khi chương trình có kích thước lớn thì kích thước bảng quản lý trang cũng lớn theo dẫn đến lãng phí bộ nhớ. Mặt khác nếu kích thước trang quá nhỏ thì kích thước bảng quản lý trang sẽ lớn và khả năng phải thường xuyên nạp lại trang cao. Ngược lại nếu kích thước trang lớn thì số trang được nạp để xử lý sẽ giảm, gây ra tác động đáng kể đến hiệu quả sử dụng bộ nhớ

- Sơ đồ phân đoạn linh hoạt hơn về độ dài của các đoạn nhưng cũng chính về độ dài của các đoạn khác nhau nên phức tạp trong thực hiện và cấp phát bộ nhớ

- Để phát huy được ưu điểm và hạn chế được nhược điểm của các sơ đồ trên người ta thường sử dụng sơ đồ kết hợp phân trang và phân đoạn

- Trong sơ đồ này chương trình được biên dịch theo sơ đồ phân đoạn và có 1 bảng quản lý đoạn chung (SCB). Mỗi đoạn trong chương trình lại được biên dịch theo sơ đồ phân trang và tạo ra từng bảng quản lý trang (PCB) riêng cho mỗi đoạn. Khi chương trình được nạp vào hệ thống, hệ điều hành sẽ cấp phát cho chương trình các trang cần thiết để chứa đủ các đoạn chương trình