操作系统第八章.ppt

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1、虚拟内存第8章1虚拟存储器管理技术固定分区、动态分区、简单分页和简单分段的存储器管理方式，有一个共同的特点，即要求将一个作业全部装入内存才能运行。如果有的作业很大，其所要求的内存空间超过了内存总容量，作业就不能全部被装入内存，致使该作业无法运行；有时大量作业要求运行，但由于内存容量不足以容纳所有这些作业，只能将少数作业装入内存让它们先运行，而将其它大量的作业留在外存上等待。显而易见的一种解决方法，是从物理上增加内存容量，但这往往会受到机器自身的限制，而且增加了系统成本。另一种方法是从逻辑上扩充内存容量，这正是虚拟存储技术所要解决的主要问题。2内存分区技术的关键突破进

2、程对内存访问的逻辑地址在运行时动态地被转换为物理地址，从而保证进程可以占据内存的不同区域（地址重定位机制）。一个进程可以划分成许多块，在运行时，这些块不需要连续地位于主存中（分页或分段机制）。一个进程在执行的过程中，不需要所有的块都在内存中（虚拟内存机制）。3引入虚拟内存机制之后进程的执行首先，操作系统仅读取程序开始处的一些块。常驻集(Residentset)–进程执行中任何时候都在主存的部分当处理器需要访问一个不在主存中的块时，系统将产生一个内存访问故障中断（缺页中断）。操作系统将该进程置为阻塞状态，并取得控制权。操作系统需要将该进程块取进内存产生一个磁盘I/O读

3、请求执行I/O操作期间，操作系统可选择另一个进程来运行当I/O操作完成后，则产生一个I/O中断，控制权又交回操作系统，操作系统将之前被阻塞的进程置为就绪状态4虚拟存储技术的优点内存中可以容纳更多的进程每个进程只有一部分的数据块读入内存，其他数据块仍保存在磁盘上内存可以容纳更多的进程，并发性得到更大的提高，从而也使得处理器得到了更有效的利用进程可以比主存的全部空间还大实存(Realmemory)：内存虚存(Virtualmemory)：磁盘的存储空间5虚拟存储器的基本概念1．局部性原理(principleoflocality)虚拟存储器系统实现的理论基础：程序执行的局

4、部性规律。早在1968年P．Denning就指出过，程序在执行时将呈现出局部性规律，即在一段时间内，程序的执行仅局限于某个部分；相应地，它所访问的存储空间也局限于某个区域内。出现局部性规律的原因：程序在执行时，除了少部分的转移和过程调用指令外，大多数仍是顺序执行的。子程序调用将会使程序的执行由一部分内存区域转至另一部分区域。但在大多数情况下，过程调用的深度都不超过5。程序中存在许多循环结构，循环体中的指令被多次执行。程序中还包括许多对数据结构的处理，如对连续的存储空间——数组的访问，往往局限于很小的范围内。6局部性原理时间局限性：如果程序中的某条指令一旦执行，则不久

5、的将来该指令可能再次被执行；如果某个存储单元被访问，则不久以后该存储单元可能再次被访问。产生时间局限性的典型原因是在程序中存在着大量的循环操作。空间局限性：一旦程序访问了某个存储单元，则在不久的将来，其附近的存储单元也最有可能被访问。即程序在一段时间内所访问的地址，可能集中在一定的范围内，其典型原因是程序是顺序执行的。局部性原理确保了虚拟存储机制的可行性。但利用局部性原理的同时，要避免系统出现抖动现象（thrashing），即处理器大部分时间都用于交换块，而不是执行指令。72.虚拟存储器实现的软硬件支撑硬件支撑有相当容量的辅存（磁盘）以存放所有并发作业的地址空间有一

6、定容量的内存来存放运行作业的部分程序有支持分页或分段的硬件请求分页系统和请求分段系统动态地址转换机构软件支撑操作系统能提供页或段在主存和辅存之间有效交换的管理模块读取策略、放置策略、替换策略、驻留集管理、清除策略等83.虚拟存储器的特征离散性：指在内存分配时采用离散的分配方式，它是虚拟存储器的最基本的特征。多次性：指一个作业被分成多次调入内存运行，即在作业运行时没有必要将其全部装入，只须将当前要运行的那部分程序和数据装入内存即可。多次性是虚拟存储器最重要的特征。对换性：指允许在作业的运行过程中在内存和外存的对换区之间换进、换出。虚拟性：指能够从逻辑上扩充内存容量，使

7、用户所看到的内存容量远大于实际内存容量。9请求分页存储管理系统请求分页存储管理系统是在纯分页系统的基础上，增加了请求调页功能、页面置换功能所形成的页式虚拟存储系统，它是目前常用的一种虚拟存储器的方式。它允许只装入若干页(而非全部页)的用户程序和数据，便可启动运行。以后，再通过调页功能及页面置换功能，陆续地把即将要运行的页面调入内存，同时把暂不运行的页面换出到外存上，置换时以页面为单位。10为了能实现请求调页和置换功能，系统必须提供必要的硬件支持：扩充的页表机制和缺页中断机构。（1）请求分页的页表机制它是在纯分页的页表机制上形成的，由于只将应用程序的一部分调入内存