计算机操作系统教案

分组学习请求分页分段存储管理方式课题：请求时分页存储管理方式协作小组 四人一组进行小组讨论，共分为八个小组

日期

2012.6.28

划分依据：分组人员依据：分组成员按照学习能力以及

学习环境：配备多媒体的教室，同时还有任课老师的适当的指导，引导学生开展思维。 任务： (1)教师提前分好组，下达任务。 (2)根据课程要求，进行有针对性的讨论，共同进行学习活动。 (3)写小组报告，有效交流，进行课程评价。

一.教学目的及要求理解页表和段表的概念及构成，初步领会请求式分页分段的特征 掌握和熟练页面调入过程 熟练掌握解决经典页面置换算法的典型算法

二·教学重点页表和段表的概念及其构成 页表项 解决经典页面置换算法 教学难点 熟练页面策略 页面置换算法的经典算法

三. 【课程设计思路】1.本课程的设计过程，主要注重学生的实践能力和思维能力。给学生时间和空间，在老师的带领下 让学生掌握请求式分页、分段存储。 2.在学习中，学生要展开思维，体会，理解，思考。学生通过小组讨论完成实践任务。老师起引导 作用，老师提供给充分的资源，由学生自主完成学习任务。 3.首先由老师讲解基本的知识点，在同学们理解的情况下，指导同学去操作，设置问题，在完成任 务的过程中，学生讨论解决，最后有小组评价，老师点评，对知识点也就理解的越透彻。

学生活动 确定目标， 明确问题

活动环节 明确小组任务

教师活动 创设情境，提出问题

尝试研究， 主动探究

小组展开讨论

观察了解，合理引导

针对问题，小组讨论

得出讨论结果

参与讨论，指出错误

反思过程，得出结论

总结思想，方法

引导反思，评价总结

合作学习活动框图

四.教学过程【一】课程进展 1.首先老师为学生介绍请求式分页存管理方式基本知识：相关内容有请求式分页存管理方式的概念 以及相关的知识点。 (1)分页原理： 1)页：把逻辑地址空间划分为一些相等的片，成为页(Page)。 2)块(页帧、页框):把物理地址空间划分为和页面大小相等的片，成为块(Page Frame)。 通过适当的变换可以使逻辑空间的一页对应到物理空间的一块上。 3)页面大小：2^n ,目前一般为4KB 划分原则：①不能太大：否则会造成碎片太大。 ②不能太小：否则页表太长。 (2)地址结构：

页号(3)页表：

页内位移量W

1)页表：在分页系统中，允许将进程的每一页离散地存储在内存的任一物理块中，但系统应能 保证进程的正确运行，即能在内存中找到页面所对应的物理块。为此，系统为每个进程建立了一张 页面映像表，简

称页表(Page Table,PT)。 2) 页表的作用： 页表中记录了逻辑地址和物理地址的对应关系。 页表的每一项称为页表项 Page ( Table Entry,PTE ) (4)老师提出问题：基本的地址变换过程？ (5)老师提出问题：页面的调入过程是？ 2.学生查阅相关资料，深入了解基本的知识点，初步计划小组活动。 3.小组讨论：在老师的指引下，着手寻找生活中有关进程同步的实例，通过小组协作讨论，解决遇 到的问题，进一步扩大对教师提供的资料的全面了解。(相关实例) 4、某小组讨论的结果：

Start 获取欲执行指令的逻辑地址 截取页号和页内地址 越界检查 检索页表、得到物理块号 形成物理地址通过讨论得出的结论： 基本的地址变换过程： 1) 截取页号和页内地址：当进程要访问某个逻辑地址中的数据时，分页地址变换机构会自动将 有效地址(相对地址)分为页号和页内地址。

2) 越界检查：在检索之前，首先将页号和页表长度进行比较，若页号长度大于或等于页表程度， 则表示本次所访问的地址已超越进程的地址空间。于是，这一错误将被系统发现并产生越界错误。 若未越界，则检索页表。 3)检索页表： 将页表始址与页号和页表项长度的乘积相加，得到该表项在页表中的位置，于是得到该页的物 理块号，将之装入物理地址寄存器中。 4)物理地址的形成：与此同时，再将有效地址寄存器中的页内地址送入物理地址寄存器的块内地 址字段中。这样便完成了从逻辑地址到物理地址的转换。 页表机制： 物理 页号 块号 调页策略： 1 何时调入页面 1)预调页策略 一次可调入多个页面 可采用一种以预测为基础的预调页策略， 将那些预计在不久之后便会被访问到的页面预先调 入内存。 2)请求调页策略 发生缺页时，进程提出请求，OS 将进程所需的页面调入内存。 2 从何处调入页面 状态位 P 字段 A 访问 修改位 M 地址 外存

1) 对换区： 对换区足够时，所有页面均在对换区 对换区相对不足时，将可能修改但要换出的页面调到对换区，等到要访问该页时，则从对换区 调入 2)文件区 3)页面共享 3 页面调入过程 1)发生在进程所要访问的页面不在内存即缺页的情况下 2)在该情况下，产生缺页中断，中断处理程序首先保护 CPU 环境、分析中断原因后，转入缺页中断

处理程序。

3）缺页中断处理程序通过查找页表，得到该页在外存的物理块后，进行内存能否容纳新页的判断。

4）若能容纳，则启动磁盘I/O将所缺之页调入4）存，然后修改页表（填写该页在内存的位置、存在位置1）。并将该页写入快表。转入7）。

5）否则，需选择内存中一页换出，然后执行4）。

6）进行页置换时，首先判断换出页是否被修改过。

如果未修改过，直接执行4）。

如果修改过,须将该页回写（写回外存）,转4）.

7）根据修改后的页表，形成所要访问数据的物理地址，进而访问内存。

8）该过程对用户透明（无须用户参与）。

页面置换算法

最优置换算法

先进先出置换算法

LRU算法

【二】汇报交流结果及评价：

1.经过各小组的激烈讨论，基本上对相关知识有了掌握，在老师的指导下，同学们完成了相关的小组计划与学习活动。

2.针对各小组讨论的结果，老师展开总结，分配相应的时间让各小组进行交流，交换信息与知识，加深理解。

3.由各个小组进行评价学习，对其他小组讨论结果的看法或是不足进行商讨改进，对于好的方面予以学习，在反思自己的理解，重新思考本组的讨论结果，从中学到更多知识点。

【三】总结：

教师最后做出总结：老师通过举例说明今天实践课的学习情况，使得同学们对相关知识有了更透彻的认识，加深了印象。

总结过程：

（1）从实际问题着手，引入知识点

答案及分析：

（3）针对性的进行了讨论与总结

LRU算法优于FIFO算法

物理块数越多越好

总结：

1、请求式分页内存管理方式和LRU内存置换算法目前在大型机、小型机和微机上流行的各种操作系统所采用的内存管理方式，学好它，对深入理解计算机系统结构，工作原理等都有重要的意义。

2、通过学习请求分页中的硬件支持，使同学们明晰了请求式分页管理方式下页表机制、缺页机制和实现逻辑地址到物理地址的转换方法。同时，通过Linux操作系统为例，分析了在Linux中的具体实现思路。做到了理论和实践相结合。

3、通过此次实践活动的设计与参与，同学们认识到了团队合作的重要性，也意识到了好多问题自己参与了就掌握的更牢固。

4、此次协作学习实践活动在老师的指引和设置问题的过程中，通过学生动手与思考，感悟和体会，得出结论的过程中，圆满的完成了。不仅活跃了课堂气氛，同时也提高了学生的自主探究学习能力。