2019年操作系统第4章课件.ppt

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1、4.6虚拟存储器的基本概念常规存储管理方式的共同点：要求一个作业全部装入内存后方能运行。问题：(1)有的作业很大,所需内存空间大于内存总容量,使作业无法运行。(2)有大量作业要求运行，但内存容量不足以容纳下所有作业，只能让一部分先运行，其它在外存等待。解决方法（1）增加内存容量。（2）从逻辑上扩充内存容量----虚拟存储器(对换)一、虚拟存储器的引入常规存储器管理方式的特征（1）一次性：作业在运行前需一次性地全部装入内存。将导致上述两问题。（2）驻留性：作业装入内存后，便一直驻留内存，直至作业运行结束。局部性原理-虚拟存储器实现的理论依据指程序在执行时呈现出局部性规律，即在

2、一较短时间内，程序的执行仅限于某个部分，相应地，它所访问的存储空间也局限于某个区域。局部性又表现为时间局部性(由于大量的循环操作，某指令或数据被访问后，则不久可能会被再次访问)和空间局部性（如顺序执行，指程序在一段时间内访问的地址，可能集中在一定的范围之内）。虚拟存储器的概念基于局部性原理，程序在运行之前，没有必要全部装入内存，仅须将当前要运行的页（段）装入内存即可。运行时，如访问的页（段）在内存中，则继续执行，如访问的页未在内存中（缺页或缺段），则利用OS的请求调页（段）功能，将该页（段）调入内存。如内存已满，则利用OS的页（段）置换功能，按某种置换算法将内存中的某页（段

3、）调至外存，从而调入需访问的页。虚拟存储器是指仅把作业的一部分装入内存便可运行作业的存储管理系统，它具有请求页(段)调入功能和页（段）置换功能，能从逻辑上对内存容量进行扩充，其逻辑容量由外存容量和内存容量之和决定，其运行速度接近于内存，成本接近于外存。二、虚拟存储器的实现方法1、分页请求系统在分页系统的基础上，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器系统。它允许只装入若干页的用户程序和数据，便可启动运行，以后再硬件支持下通过调页功能和置换页功能，陆续将要运行的页面调入内存，同时把暂不运行的页面换到外存上，置换时以页面为单位。二、虚拟存储器的实现方法2、分段请求

4、系统在分段系统的基础上，增加了请求调段功能及分段置换功能，所形成的段式虚拟存储器系统。它允许只装入若干段的用户程序和数据，便可启动运行，以后再硬件支持下通过请求调段功能和分段置换功能，陆续将要运行的段调入内存，同时把暂不运行的段换到外存上，置换时以段为单位。三、虚拟存储器的特征1、多次性（最基本特征）多次次是虚拟存储器最重要的特征。指一个作业被分成多次调入内存运行。2、对换性对换性指允许在作业运行过程中进行换进、换出。换进、换出可提高内存利用率。3、虚拟性(最本质特征)虚拟性是指能够从逻辑上扩充内存容量，使用户所看到的内存容量远大于实际内存容量。虚拟性是虚拟存储器所表现出来

5、的重要的特征，也是实现虚拟存储器最重要的目标。注：虚拟性以多次性和对换性为基础，而多次性和对换性又是离散分配为基础。4.7请求分页存储管理方式虚拟存储器的实现方式原理——地址空间的划分同基本分页式；装入页时，可装入作业的一部分(运行所需)页即可运行。请求分页中的硬件支持分页请求系统分段请求系统基本单位页段长度固定可变分配方式固定分配动态复杂性简单较复杂一、请求分页中的硬件支持1、页表机制(扩充)（1）状态位P(存在位)：指示该页是否已调入内存。判断是否缺页。（2）访问字段A：记录本页在一段时间内被访问的次数或最近未被访问的时间。根据访问位来决定淘汰哪页。（3）修改位M：表示

6、该页在调入内存后是否被修改过。若修改过，则换出时需重写至外存。供置换页面时参考。（4）外存地址：指出该页在外存上的地址。页号块号状态位访问字段修改位外存地址一、请求分页中的硬件支持2、缺页中断机构在请求分页系统中，当访问的页不在内存，便产生一缺页中断，请求OS将所缺页调入内存空闲块，若无空闲块，则需置换某一页，同时修改相应页表表目。缺页中断与一般中断的区别：（1）在指令执行期间产生和处理中断信号。缺页中断要立即处理。（2）一条指令在执行期间，可能产生多次缺页中断。图4-24涉及6次缺页中断的指令数据跨越两页指令跨越两页3、地址变换机构开始页号>＝页表长度？CPU检索快表NN

7、Y页表项在快表中？访问页表页在内存？修改访问位和修改位修改快表形成物理地址地址变换结束越界中断程序请求访问一页YN缺页中断处理Y保留CPU现场内存满吗？将一页从外存换入内存OS命令CPU从外存读缺页启动I/O硬件Y从外存中找到缺页选择一页换出该页被修改否？将该页写回外存修改页表NYN硬件软件地址变换例题返回某虚拟存储器的用户空间共有32个页面，每页1KB，主存16KB。假定某时刻系统为用户的第0、1、2、3页分别分配的物理块号为5、10、4、7，试将虚拟地址0A5C和093C变换为物理地址。解：虚拟地址为：页号（2