虚拟存储器

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1、惠州学院刘宇芳第五章虚拟存储器第1节虚拟存储器的基本概念一、虚拟存储器的引入在前面介绍的各种存储管理方式中，用户作业一旦被装入内存，就会一直驻留其中，直到进程运行结束(驻留性)。有些存储管理方式还存在一次性。因此，用户作业要最终运行完毕，系统必须给它提供不短于作业长度的存储空间。于是就出现了两种问题：•长作业无法运行•大量作业无法同时运行程序运行的局部性原理：在一段时间内一个程序的执行往往呈现出高度的局部性。----P154程序顺序执行，循环大量存在；数组、记录、流是数据的主体。局部性原理是在存储分配时克服驻留性、实现虚拟存储的依据。二、虚拟存储器的定义定义：具有请求调入功能和置

2、换功能，能从逻辑上对内存容量进行扩充的一种存储器系统。其特性和访问速度接近于内存，而其容量和每位的成本却又接近于外存。惠州学院刘宇芳特性：离散性、多次性、交换性、虚拟性对用户而言，它访问特性和内存一样；它以CPU时间和外存空间换取宝贵内存空间，是操作系统中的一种资源转换(替代)技术。容量：•一个虚拟存储器的最大容量是由计算机的地址结构确定的。如：若CPU的有效地址宽度为32位，则程序可以寻址范围是0～232-1，即虚存容量可达4GB。•虚拟存储器的容量与主存的实际大小没有直接的关系，而是在主存与辅存的容量之和的范围内。三、虚拟存储技术基本原理：----P154把内存与外存有机地结

3、合起来使用，从而得到一个容量很大的“内存”。当进程开始运行时，先将它的一部分内容装入内存，另一部分暂时留在外存。在运行过程中，当要访问的指令/数据不在内存时，由OS自动将内存中的一些内容调到外存，藤出空间，再将马上要访问的内容从外存调入内存。目的：提高内存利用率；为大作业的运行提供可能。实现方法：•请求分页系统•请求分段系统第2节请求分页式存储管理方式一、基本原理惠州学院刘宇芳对基本分页式存储管理进行改进：请求分页式存储管理在进程开始运行之前，不是将作业的全部页装入，而是只装入开始的少数几页(甚至一页)入内存。之后随着进程的推进，根据运行的需要，利用请求调入技术，动态地装入后续页

4、；当内存空间已满，而又需要装入新的页时，则又利用置换技术，根据某种算法淘汰一个页，以便藤出空间装入新的一页。请求分页式存储管理需要解决下面三个问题：•OS如何知道进程要访问的页面在不在内存中；•当发现缺页时，如何把所缺页面调入内存；•当内存中没有空闲块时，为了要接受一个新页，需要把老的一页淘汰出去，根据什么策略选择准备淘汰的页。二、硬件的支持1、改进页表的结构•状态位(驻留位)：表示该页目前是在内存还是在外存；•访问字段：记录该页最近是否被访问过或被访问的次数；•修改位：表示该页在本次读入内存后是否在内存中被改写过；•外存地址：用于指出该页在外存上的地址，通常是物理块号，供调入该

5、页时参考。2、增加缺页中断机构：每当进程要访问的一个逻辑地址所属的页目前不在内存，就产生缺页中断，进行调页或换页处理。•在地址变换过程中惠州学院刘宇芳，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，使作业继续运行下去(实现了请求调入)；•如果内存中有空闲块，则分配一块，将新调入页装入内存，并修改页表中相应页表项目的驻留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。若将被淘汰的页在内存期间被修改过，则要将其写回外存(实现了置换)；缺页中断的中断处理过程，见下图左。3、地址变

6、换流程，见下图右图5-2请求分页中的地址变换和缺页中断处理过程注意“选择一页换出”框要调用页面置换算法惠州学院刘宇芳----P158-159三、存储分配方法1、存储分配方法的改进--多次分配：•在进程开始执行时，只将最开始和最常用的部分(如主程序、主菜单)按页装入内存。为整个进程建立页表，记录进程各页使用内存的情况。其他页在进程执行的过程中被动态地装入；•当需要访问的页不在内存中时，系统产生并处理缺页中断，调入后续页；•页表在页被调入、换出时要被改写，记录进程的各页对内存使用情况的变化。2、物理块的分配策略和分配算法•最小物理块数及其确定最小物理块数是指能保证进程正常运行所需要的

7、最小物理块数。它取决于指令的格式、功能和寻址方式。•物理块的分配算法----P160•物理块的置换策略----P159-160四、调页策略1、调页时机----确定何时调页•预调入：一次调入一批预计即将访问的页。这种方法主要用于进程的首次页调入。•请求调入：缺页时调入，一次调入一页。2、调页地址----确定从何处调入惠州学院刘宇芳•全部从对换区调入、调出；----P161•需要修改的部分从对换区调入、调出，其他部分从文件区调入；•初次调入，从文件区；调出放到交换区；再次调入，从交换