第6章 虚拟存储器管理ppt课件.ppt

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1、第6章虚拟存储器管理内蒙古大学计算机学院2002年8月6.1虚拟存储器的基本概念传统的内存管理方式要求将一个作业全部装入内存才可以运行，由此造成了以下两种情况：大作业对内存的要求超出物理内存总容量，致使其无法运行内存由于容量的限制，只能装入少量的作业使其运行，而其它大量作业留在外存上怎么办？方法一：从物理上增加内存容量成本高方法二：从逻辑上扩充内存容量6.1虚拟存储器的引入由来:传统思路:进程必须全部进入内存,直至运行结束“一次性”全部装入内存，对空间浪费非常大在进程运行的过程中，始终“驻留”在内存。暂时不用的数据无法释放6.1.1虚拟存储器的引入（续）

2、局部性原理：程序在执行过程中的一个较短时期，所执行的指令地址和指令的操作数地址，分别局限于一定区域。引入：在程序装入时，不必将其全部读入到内存，而只需将当前需要执行的部分页或段读入到内存，就可让程序开始执行。在程序执行过程中，如果需执行的指令或访问的数据尚未在内存（称为缺页或缺段），则由处理器通知操作系统，将相应的页或段调入到内存，然后继续执行程序。6.1.1虚拟存储器的引入（续）虚拟存储器概念:虚拟存储器是指具有请求调入功能和置换功能，能从逻辑上对内存容量进行扩充的一种存储系统。它不是一个实际的物理存储器,而是一个容量可以非常大的存储器的逻辑模型,在该

3、模型的支撑下,把程序的一部分装入内存便可以执行。虚拟的:大小由OS决定逻辑模型:概念,原理,技术解决方案,具体实现部分执行6.1.2虚拟存储器实现方式实现原理进程运行只装入部分程序和数据在外存保留完整副本运行中动态调整进程在内存中的部署技术难点如何确定和记录当前哪些部分在内存执行中访问不在内存的指令和数据时如何处理从外存中调入某页时,内存中空间不够如何处理优点:利用率高，方便用户，对多道程序运行有较强的支持有两种典型虚拟存储器实现方式6.1.2虚拟存储器实现方式(续)一、分页请求系统基本思想分页管理,装入少量页运行,缺页故障后调整页表结构进行了调整:页号

4、+标志位+块号+外存地址地址转换:正常地址转换缺页时:缺页中断6.1.2虚拟存储器实现方式（续）二、请求分段系统基本思想装入部分段动态装入或调出段段表结构进行了扩充:段号+主存起址+长度+辅存起址+标志位+扩充位…缺段中断机构地址变换机构6.1.3虚拟存储器的特征离散性在内存分配时采用离散分配方式多次性一个作业被分成多次地调入内存运行对换性允许作业在运行过程中换进、换出虚拟性从逻辑上扩充内存容量，使用户可使用的内存空间大于实际物理内存。6.2请求分页存储管理方式6.2.1请求分页中的硬件支持6.2.2页面分配6.2.3页面调入策略6.2.1请求分页中的硬

5、件支持为了实现请求分页，系统要提供一定的硬件支持。除了一定容量的内存和外存，还需要有：页表机制、缺页中断机构和地址变换机构。一、页表机制用于将用户逻辑地址空间变换为内存的物理地址空间。在页表中增加若干项，以便于标志程序或数据的状态。页表项：6.2.1请求分页中的硬件支持请求分页系统的页表结构页号物理块号状态位P访问字段存取控制修改位M外存地址状态位（存在位）P：表示该页是否调入内存访问字段A：用于记录该页在某段时间内被访问的次数修改位M：表示该页在调入内存后是否被修改过。外存地址：该页在外存上的地址，通常是物理块号。6.2.1请求分页中的硬件支持二、缺页

6、中断机构在地址映射过程中，在页表中发现所要访问的页不在内存，则产生缺页中断。操作系统接到此中断信号后，就调出缺页中断处理程序，根据页表中给出的外存地址，将该页调入内存，使进程继续运行下去。如果内存中有空闲块，则分配一页，将新调入页装入内存，并修改页表中相应页表项目的状态位及相应的内存块号。若此时内存中没有空闲块，则要淘汰某页，若该页在内存期间被修改过，则要将其写回外存。6.2.1请求分页中的硬件支持三、地址变换机构请参看P170图6-21、在地址变换时，首先检索快表，试图从中找到要访问的页。如找到，修改其访问位。对于“写”指令，还要设置修改位的值。如未找

7、到，则转3。2、利用页表项中的物理块号和页内地址，形成物理地址。3、查找页表，找到页表项后，判断其状态位P，查看该页是否在内存中。如果在，则将该页写入快表（若快表已满，则应该先调出某个或某些页表项）。如果不在，则产生缺页中断，由OS从外存将该页调入内存。6.2.2页面分配在为进程分配物理块时，要解决下列的三个问题：1、保证进程可正常运行所需要的最少物理块数2、每个进程的物理块数，是固定值还是可变值3、不同进程所分配的物理块数，是采用平均分配算法还是根据进程的大小按照比例予以分配。一、最小物理块数进程应获得的最少物理块数与计算机的硬件机构有关，取决于指令

8、的格式、功能和寻址方式。6.2.2页面分配二、页面分配和置换策略在请求分页中，可