虚拟存储器技术
虚拟存储器的管理和技术有哪些
虚拟存储器的管理和技术有哪些我们很多的人应该都听说过虚拟存储器，今天，本文为大家带来的是虚拟存储器管理方面的知识，虚拟存储器管理是怎么样的，它又有哪些类型呢。
一、分区式存储管理1、这类型的存储管理方法管理起来不复杂比较的简单，它的不足之处就会会对于内存空间造成大量的浪费，早期的单一用户以及单一任务的控制装置，把内存空间进行划分，形成两个分区，为我们的用户区域以及系统区域。
我们的操作系统则采用的是系统区域;应用程序则使用的是我们的用户区域，同时的可以对用户区域的所有的空间进行利用。
2、为了达到多个程序同时的一起被执行，在我们现代的控制系统里面则加入了分区式的存储方法管理，将内存划分为很多个区域，操作系统使用里面的其中一个区域，所有的剩下的区域则由应用程序进行利用，各个应用程序占据里面的一个或者是几个区域。
3、按照划分区域的空间有没有固定，又能够吧分区式的存储管理划分成为固定区域以及动态区域两个区域。
二、交换技术和分区技术1、按照程序的部分性的为原理，在一个不是很长的时间端里面，程序进行访问的存储器位置占有比较大的比例集聚在存储器位置比较少的空间里面。
交换技术则是采用了程序的部分性原理达到多个任务同时的进行环境存储管理工作。
2、交换的进程里面通过换入以及换出这两个进程构成，换入的进程把外村交换区的数据以及程序代码进行交换到内存里面，换出的进程则是把内存里面的数据进行交换到外村交换里面中去。
3、操作控制装置不会立刻的执行程序代码在外存里面进行保存的工作，同时的把这些过程排到过程请求中的长期调度里面中去，队列里面的一些过程被调进主存里面进行执行，当因为输入以及输出等操作而造成存储器里面没有过程处于准备就绪的情况时，操作装置就会把一些进程交换到外存里面来，同时的排进中期里面中去。
4、交换技术的优势则是将同时运行的进程的数量加大。
不足之处则是换入以及换出的工作把处理机的时间开销加长同时交换的单位是所有的进程地址的容积，并无思考程序运行的进程里面地址访问进行统计的功能。
虚拟存储器的基本概念
虚拟存储器是为扩大主存而采用 的一种设计技巧，它的容量与主存大 小无直接关系，而受限于计算机的地 址结构及可用的辅助存储器的容量。
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4. 虚拟存储器的容量
• 1一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 地址长度为32位，则程序可以寻址范围 是0～(2^32)-1 ，即虚存容量为 4GB。
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第三，很少出现连续的过程调用，相反， 程序中过程调用的深度限制在小范围 内，一段时间内，指令引用被局限在 很少几个过程中。
第四，对于连续访问数组之类的数据结 构，往往是对存储区域中相邻位置的 数据的操作。
第五，程序中有些部分是彼此互斥的， 不是每次运行时都用到的，如出错处 理程序。
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3.虚拟存储器的定义： 在具有层次结构存储器的计算机系统中， 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存储器系统， 为用户提供一个比物理主存容量大得多 的，可寻址的一种“主存储器”。
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5. 局部性原理
• 程序局部性原理 在一段时间内一个程序的执行往往呈现出 高度的局部性，表现在时间与空间两方面
• 时间局部性： 一条指令被执行了，则在不久的将来它可 能再被执行
• 空间局部性： 若某一存储单元被使用，则在一定时间
内，与该存储单元相邻的单元可能被使用
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第一，程序中只有少量分支和过程调用， 大都是顺序执行的指令。 第二，程序包含若干循环，是由相对 较少的指令组成，在循环过程中，计 算被限制在程序中很小的相邻部分中。
• 2虚拟存储器的容量与主存的实际大小没 有直接的关系，而是由主存与辅存的容量 之和所确定。
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虚拟存储管理主要采用以下技 术实现：
第5章 虚拟存储器 (1)
• (2)驻留性，是指作业被装入内存后，整个作业都一直驻留在内存中，其中 任何部分都不会被换出，直至作业运行结束。尽管运行中的进程被阻塞，而处于 长期等待状态，它们都仍将驻留在内存中，继续占用宝贵的内存资源。
虚拟存储ห้องสมุดไป่ตู้概述
虚拟存储器的定义和特征
虚拟存储器的特征
• (3)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。这样，就可以在小的内存中运行大的作业，或者 能提高多道程序度。它不仅能有效地改善内存的利用率，还可提高程序执 行的并发程度。
• 虚拟存储器目前已在大、中、小及微机上广泛采用。虚拟性是以多次 性和对换性为基础的，或者说，仅当系统允许将作业分多次调入内存，并 能将内存中暂时不运行的程序和数据换至盘上时，才能实现虚拟存储器。
虚拟存储器概述
5.1.3 虚拟存储器的实现方法 P167
• 在虚拟存储器中，允许将一个作业分多次调入内存。所以，虚拟存储器的 实现，都建立在离散分配存储管理方式的基础上。目前，所有的虚拟存储器都 是采用下述方式之一实现的。
• 1．分页请求系统
• 分页请求是在分页的基础上增加了请求调页功能和页面置换功能所形成的 页式虚拟存储系统。它允许用户程序只装入少数页面的程序（及数据）即可启 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；为了能实 现请求调页和页面置换功能，系统必须提供硬件支持和请求分页的软件。
5.2 请求分页存储管理方式 P168
虚拟存储器的工作原理
虚拟存储器的工作原理
虚拟存储器是一种计算机内存管理技术，它通过将应用程序所需的数据和指令分为多个页面（或称为块或帧）来实现。
虚拟存储器的工作原理包括以下几个步骤：
1. 分页：将应用程序的内存划分为固定大小的页面，通常为
4KB或8KB。
每个页面都有一个唯一的页面编号。
2. 页面映射：将每个页面映射到物理内存的一个帧（或页框），帧的大小与页面大小相同。
这个映射关系被记录在页表中，页表保存在主存储器中。
3. 页面调度：当应用程序需要访问内存中的某个页面时，先检查页表。
如果该页面已经在物理内存中，则直接访问对应的物理地址；如果该页面不在物理内存中，则发生页面错误（缺页错误）。
4. 页面置换：当发生页面错误时，操作系统需要选择一个页面来替换出去，以腾出空间来加载所需的页面。
常见的页面置换算法有最近最少使用（LRU）和先进先出（FIFO）。
5. 页面加载：一旦选择了要换出的页面，操作系统会从外部存储（如硬盘）中加载所需的页面，并更新页表中的映射关系。
6. 页面更新：当应用程序对页面进行写操作时，会先将数据写入缓存页面（缓冲区），然后再由操作系统将缓存页面写回到
外部存储。
虚拟存储器的工作原理使得应用程序能够访问比物理内存更大的内存空间，而且不需要将所有数据一次性加载到内存中。
这种分页和页面调度的技术可以提高程序的整体性能，并且允许多个应用程序同时运行，因为它们不会相互干扰彼此的内存空间。
简述实现虚拟存储器的基本原理
简述实现虚拟存储器的基本原理虚拟存储器是计算机系统中一种技术，可以将物理内存和磁盘空间组合使用，使得计算机系统可以处理大型程序和数据集。
它的基本原理是将物理内存中未使用或频繁不用的部分换出到磁盘中，以增加可用物理内存空间。
当程序需要这些数据时，虚拟存储器会将其换入物理内存。
下面将介绍实现虚拟存储器的基本原理。
一、分段和分页实现虚拟存储器的首要任务是对物理内存和磁盘空间进行分割，以便于管理。
分段和分页是两种基本的内存管理技术。
分页将物理内存空间划分为固定大小的块，称为页面，而分段则将内存空间分为不同段，每个段具有不同的长度和属性。
虚拟存储器的实现通常采用分页技术，因为它可以更好地利用内存空间。
二、页面交换在虚拟存储器中，磁盘空间被称为页面文件，操作系统会将物理内存中的页面换出到页面文件中，以空出空间。
当程序需要访问这些页面时，操作系统会将页面从磁盘中换入到物理内存中。
这个过程被称为页面交换。
页面交换的首要目的是增加可用的物理内存空间。
每个程序使用的内存不能超过物理内存的大小，因此，操作系统必须决定哪些页面需要换出，以便于后续的访问。
三、页面置换算法在虚拟存储器中，操作系统必须确定哪些页面需要换出，并决定哪些页面需要换入，这个过程是页面置换算法。
页面置换算法的目的是将频繁不用或未使用的页面换出到磁盘中，以便于释放物理内存空间。
常见的页面置换算法有FIFO、LRU和钟表算法，它们各自有不同的实现细节和效率。
FIFO算法通过维护一个页面队列来确定需要换出的页面，LRU算法则使用页面访问时间来确定页面的访问频率。
钟表算法可以更好地处理循环访问问题。
四、页面保护机制虚拟存储器还需要有页面保护机制，以确保程序之间的内存不受到互相干扰。
页面保护机制需要暴露页面是否可以被访问的信息，以及访问权限是否正确。
当程序访问一个页面时，操作系统会检查该页面是否被保护，以及访问权限是否正确。
如果访问权限不正确，操作系统会产生一个异常，以防止程序继续访问这个页面。
虚拟内存
计算机系统内存管理的技术
01 简介
03 调度方式
目录
02 工作原理 04 虚拟存储地址变换
目录
05 的关键问题
07 相关概念
06 设置
虚拟内存是计算机系统内存管理的一种技术。它使得应用程序认为它拥有连续的可用的内存（一个连续完整 的地址空间），而实际上，它通常是被分隔成多个物理内存碎片，还有部分暂时存储在外部磁盘存储器上，在需 要时进行数据交换。大多数操作系统都使用了虚拟内存，如Windows家族的“虚拟内存”；Linux的“交换空间” 等。
相关概念
的访问过程
实地址与虚地址
异构体系
用户编制程序时使用的地址称为虚地址或逻辑地址，其对应的存储空间称为虚存空间或逻辑地址空间；而计 算机物理内存的访问地址则称为实地址或物理地址，其对应的存储空间称为物理存储空间或主存空间。程序进行 虚地址到实地址转换的过程称为程序的再定位。
虚存空间的用户程序按照虚地址编程并存放在辅存中。程序运行时，由地址变换机构依据当时分配给该程序 的实地址空间把程序的一部分调入实存。每次访存时，首先判断该虚地址所对应的部分是否在实存中：如果是， 则进行地址转换并用实地址访问主存；否则，按照某种算法将辅存中的部分程序调度进内存，再按同样的方法访 问主存。
由此可见，每个程序的虚地址空间可以远大于实地址空间，也可以远小于实地址空间。后一种情况通常出现 在多用户或多任务系统中：实存空间较大，而单个任务并不需要很大的地址空间，较小的虚存空间则可以缩短指 令中地址字段的长度。
有了虚存的机制后，应用程序就可以透明地使用整个虚存空间。对应用程序而言，如果主存的命中率很高， 虚存的访问时间就接近于主存访问时间，而虚存的大小仅仅依赖于辅存的大小。
虚拟存储器工作原理
虚拟存储器工作原理
虚拟存储器是计算机系统中的一种技术，它通过将磁盘的部分空间用作与主存储器（RAM）交换数据的扩展，以提供更大的可用存储空间。
虚拟存储器工作原理如下：
1. 虚拟存储器将主存储器划分为固定大小的页面（也称为页框），通常是4KB或8KB等大小。
2. 当一个程序被加载到主存储器时，操作系统将其分为固定大小的块，称为页面。
3. 当程序需要访问某个页面时，操作系统会检查该页面是否已存在于主存储器中。
4. 如果所需页面已存在于主存储器中，则程序可以直接访问该页面，无需进行磁盘读取操作。
这是最理想的情况，因为主存储器的访问速度要比磁盘快得多。
5. 然而，如果所需页面不在主存储器中，操作系统会将主存储器中的某个页面（通常是最近最少使用的页面）替换成需要的页面。
替换页面的过程称为页面置换。
6. 被替换出的页面会被写回到磁盘上的一个空闲页面中，以便在后续需要时可以重新加载到主存储器中。
7. 在访问磁盘上的页面并将其加载到主存储器之前，操作系统会通过磁盘存储器管理单元（MMU）进行地址转换，以确保正确访问到磁盘上的页面。
通过使用虚拟存储器，计算机系统可以充分利用磁盘空间来扩展主存储器的大小。
这样，即使计算机系统的物理内存有限，也可以运行更大的程序或处理更多的数据，而不会出现严重的
内存不足问题。
虚拟存储器的工作原理可以使计算机系统在物理内存有限的情况下更加灵活和高效地管理内存资源。
存储器类型及其特点解析
存储器类型及其特点解析计算机存储是指计算机用于存储和检索数据、指令和程序的设备。
存储器类型及其特点对于计算机的性能和功能起着至关重要的作用。
本文将就存储器的各种类型进行分析，并对其特点展开解析。
一、内存内存是指计算机中用于暂时存储数据和指令的设备。
根据存储介质和特点的不同，内存可分为以下几种类型：1. 随机存取存储器（RAM）RAM是一种易失性存储器，其特点在于数据在断电后会丢失。
其中最常见的类型是动态随机存取存储器（DRAM）和静态随机存取存储器（SRAM）。
DRAM的主要特点是容量大、成本低，而SRAM则具有访问速度快、功耗低的特点。
内存条就是一种典型的RAM存储器。
2. 只读存储器（ROM）ROM是一种只能读取而不能写入的存储器，其中存储的数据是在制造过程中被编程进去的，因此具有较高的稳定性。
常见的ROM类型包括EPROM、EEPROM和闪存等。
ROM常用来存储计算机启动程序BIOS。
3. 快取存储器（Cache）Cache是一种速度较快的存储器，用于存放近期频繁使用的数据和指令。
其特点是容量较小，但访问速度相对内存较快。
Cache的存在可以大大提高计算机的运行速度，常见的有一级缓存和二级缓存。
4. 虚拟存储器（Virtual Memory）虚拟存储器是一种利用硬盘空间来扩展计算机内存容量的技术。
它可以将部分不常用的数据和指令暂时存放到硬盘上，从而释放出内存空间给其他程序使用。
虚拟存储器的特点是容量较大，但访问速度相对较慢。
二、外存储器外存储器是指计算机中用于长期存储数据和程序的设备。
与内存不同，外存储器具有非易失性的特点，即数据在断电后能够长期保存。
以下是几种常见的外存储器类型：1. 硬盘硬盘是一种采用磁性原理存取数据的存储设备。
它具有容量大、读写速度快的特点，广泛应用于个人电脑和服务器。
硬盘采用磁道和扇区的组织方式来存储数据。
2. 固态硬盘（SSD）固态硬盘是一种采用闪存芯片存储数据的存储设备。
虚拟存储器
程序只能访问同层或更外层的数据 程序可以调用同层或更内层的服务 CHM（change-mode，改变模式） REI（return from exception or interrupt，从异常
或中断返回）
4MB、16MB、256MB R4000（ MIPS 于1991年10月1日发布的64位CPU）
支持7种：4KB到16MB
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页面大小与缺页率
缺页率 缺页次数/内存访问次数 缺页的平均时间间隔
页面大小会影响缺页率 页面很小：每个进程的内存页较多，通过调页很快适 应局部性原理的要求，缺页率低 页面很大：进程使用的大部分地址空间都在内存，缺 页率低 页面中等大小：局部性区域只占每页的较小部分，缺 页率高
OS将页面调入内存并更新页表，进而形成物理地址
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TLB的一些细节
逻辑地址中的虚页号与TLB表项的匹配检查由硬件 实现，是并行的——关联映射
TLB中每个表项的页号部分必须包含虚页号的所有 域，只有整个虚页号匹配时才算命中
TLB应随着进程的切换而刷新：
提供一条清除TLB中有效位的机器指令 扩充TLB使包含一个进程标识域，同时增加一寄存器
除一些老式PC操作系统（如MS-DOS）和专用系统外， 现在所有重要的OS均支持虚存
软件支持
OS必须管理内存与外存之间的页/段/段&页的交换 调页策略、放置策略、替换策略 驻留集和工作集管理 清除（回写）策略、加载（并发度）控制
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8.1.2 虚拟分页
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页表
页表项（Page Table Entry，简称为PTE）的一般内容： Present：在/不在内存 Modified：有没有被修改 Protection：保护码，1位或多位(rwe：读/写/执行) Referenced：有没有被访问 Cache：是否禁止缓存
虚拟存储器有什么特征
虚拟存储器有什么特征虚拟存储器有什么特征虚拟存储器是一种应用于计算机系统内存管理的技术，非专业人士可能对它感到很陌生。
今天，店铺将它的基本特征和工作原理这两个方面来介绍这种技术，帮助大家了解虚拟存储器。
虚拟存储器又被称为虚拟内存，计算机系统内所有程序的运行都是通过内存实现的，这样就很容易出现一个问题，如果需要运行的程序占有内存过大或是过多，内存就会消耗殆尽。
为了解决这个问题，windows系统就采用了虚拟内存技术，用一部分硬盘空间弥补内存，防止内存使用过多而消耗殆尽。
虚拟存储器的基本特征虚拟存储器具有四个基本特征：离散性、多次性、对换性和虚拟性，其中离散性是其最基本的特征，在离散性的基础上又形成了多次性和对换性两个特征，而虚拟存储器能够表现出来的最重要的特征是虚拟性。
系统如果想要实现请求分页存储管理，除了要求计算机具备一定内存和外存外，还要求计算机具备页表机制、缺页中断机构以及地址交换机构。
如果系统想要实现请求分段存储管理，计算机除了要有一定容量的内存和外存外，还要有段表机制，缺段中断机构以和地址变换机构。
虚拟存储器的工作原理虚拟存储器对存储信息的调度和管理是由硬件和操作系统来实现的'，这个过程主要包括六个步骤。
1、中央处理器通过访问的方式将内存的逻辑地址分为两项：组号a和组内地址b。
其中，中央处理器会对组号a执行地址变换，以次来确认主存内是否存有该组信息。
2、如果主存里面存有组号a的信息，下面将直接进行第四步。
如果组号a的信息没有存在在主存中，就要查看主存中是否还有空闲区来接纳组号a的信息。
如果主存已满，就要选取一个近期不用的组将其调入辅存，腾出空间来接纳组号a。
3、在辅存中读出要选的组，将它放置在主存的空闲区，并在地址变换表中记录空闲的物理组号a和逻辑组号a。
4、从地址变换表里读出逻辑组号a所对应的物理组号a。
5、根据物理组号a和组内字节地址b得出物理地址。
6、由物理地址就可以在主存里存取想要的信息。
东软操作系统习题及答案（5）
第五章虚拟存储器一、单项选择题1、以下存储管理技术中，支持虚拟存储器的技术是（）。
A．动态分区分配B．可重定位分区分配C．请求分页存储管理D．基本分页存储管理2、请求分页存储管理中，若把页面尺寸增加一倍，在程序顺序执行时，则一般缺页中断次数会（）。
A．增加B．减少C．不变D．可能增加也可能减少3、虚拟存储管理策略可以（）。
A．扩大物理内存容量B．扩大物理外存容量C．扩大逻辑内存容量D．扩大逻辑外存容量4、下列那一条（）不是影响缺页率的主要因素。
A．缺页中断服务速度B．分配给作业的物理块数C．系统规定页面的大小D．页面调度算法二、填空题1、在虚拟存储机制中，进程的一部分装入内存，一部分保留在硬盘上。
当发现某条指令不在内存中时，发生__________。
1、虚拟存储器的特征有__________，__________和__________。
2、在请求分页存储管理中，每当要访问的页面不在内存时，会产生__________。
3、在请求分段存储管理中，当运行进程要访问的段尚未调入内存时，会产生__________。
5、在请求分页存储管理中，进程的某页可能会重复地被换出和换入内存，发生多次的缺页中断，影响程序执行的性能，这种现象称为__________。
6、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，虚拟地址065C和0D3C变换为物理地址后分别是__________和__________。
（十六进制）7、在一个请求分页存储管理系统中，采用先进先出页面置换算法时，假如一个作业的页面走向为1，3，2，4，2，3，5，4，3，1，2，5。
当分配给该作业的物理块数M分别为3和4时，访问过程中发生的缺页次数为__________和__________。
（假定开始时，物理块中为空）8、在一个请求分页存储管理系统中，某程序的页面走向为：2，3，2，1，5，2，4，5，3，2，5，2。
虚拟存储器名词解释
虚拟存储器名词解释
虚拟存储器是一种新兴的计算机技术，它可以将大量的计算机数据储存在一个很小的虚拟存储器中，可以大大提高计算机的存储容量。
虚拟存储器是在一个物理内存中利用一系列技术建立一个虚拟存储器。
由于虚拟存储容量可以大大超过物理存储容量，因此虚拟存储器被认为是一种新兴技术，可以提供计算机比此前更大的存储能力。
虚拟存储器可以被分为两个主要类型，即软件虚拟存储器和硬件虚拟存储器。
软件虚拟存储器是指使用特定的软件来创建和管理物理存储器的过程，它不需要额外的硬件，可以利用已有的物理存储设备，例如磁盘或内存来创建虚拟存储器。
硬件虚拟存储器是一种计算机硬件的技术，它可以利用集成芯片组来模拟一个虚拟存储器，它能够很好地模拟真实的物理存储空间，并且大大提高计算机的存储效率。
虚拟存储器有许多优点，可以有效地提高计算机的性能。
它可以增强计算机的容量，因为它可以大大超过物理存储器的容量，可以使计算机的存储能力更高，同时也可以减少计算机的延迟。
此外，虚拟存储器可以提高程序执行的性能，因为虚拟存储器可以减少计算机操作系统中的信息传输时间，这有助于程序执行的速度。
虚拟存储器也有一些缺点，其中最明显的是，它由于虚拟化而损失了一些性能，这可能会导致程序运行的速度变慢。
同时，虚拟存储器也会增加计算机系统的复杂性，需要更多的资源，从而导致更多的能耗。
总的来说，虚拟存储器是一种新兴的技术，它能够为计算机提供
更大的存储空间，可以提高程序的性能，但也会带来一些缺点。
因此，在使用虚拟存储器时，需要认真考虑其优缺点，以便正确使用虚拟存储器，提高存储效率。
操作系统虚拟存储器的概念
操作系统虚拟存储器的概念操作系统虚拟存储器是一个允许程序在其看来有连续的地址空间的内存抽象。
通过虚拟存储器，操作系统可以将程序分配给物理内存的不连续位置，从而实现更高效的内存管理和更大规模的程序执行。
本文将从概念、原理、实现等角度详细介绍操作系统虚拟存储器。
概念：操作系统虚拟存储器是一种内存管理技术，将程序的连续地址空间抽象为虚拟的连续地址空间，使得程序可以使用比实际物理内存更大的地址空间。
虚拟存储器的目标是提供每个进程一个私有的地址空间，用于存储其代码、数据和堆栈等。
在虚拟存储器中，每个进程看到的地址空间称为虚拟地址空间，而实际在内存中的地址空间称为物理地址空间。
原理：虚拟存储器的实现依赖于虚拟地址转换技术。
当程序访问虚拟地址时，操作系统将其翻译成物理地址，并检查翻译后的地址是否合法。
虚拟地址转换通常涉及到以下几个步骤：1. 页表管理：操作系统使用页表来维护虚拟地址和物理地址之间的映射关系。
页表包括多个页表项，每个页表项对应一段连续的虚拟地址和物理地址，用于记录其映射关系。
2. 分页机制：操作系统将虚拟地址和物理地址划分为固定大小的页，通常是4KB 或者8KB。
分页的大小是操作系统所支持的最小单位，也是整个虚拟存储器的基本块。
3. 地址转换：当程序访问虚拟地址时，操作系统通过查找页表找到对应的页表项，获取物理地址的高位部分和低位部分。
高位部分表示该虚拟地址所在的页，低位部分表示页内偏移量。
操作系统将高位部分与页表项中的基地址相加，再加上低位部分，就得到了对应的物理地址。
4. 内存访问权限控制：操作系统可以在页表中设置权限位，用于控制对于虚拟地址的访问权限。
常用的权限包括读取、写入和执行等。
实现：虚拟存储器的实现需要操作系统的支持，在现代操作系统中通常采用以下几种技术来实现虚拟存储器：1. 分段式虚拟存储器：将程序分为若干段，每个段对应一块连续的虚拟内存空间，可以动态加载和卸载不同的程序段，提高内存的利用率。
虚拟存储器
虚拟存储器
虚拟出一个容量极大的内存储器
01 作用
目录
02 设置
03 调整分页位置
04 使用技巧
05 相关
பைடு நூலகம்
06 替换方法
07 虚实地址
09 页式调度 011 段页式调度
目录
08 异构体系 010 段式调度 012 变换算法
虚拟存储器(Virtual Memory)：在具有层次结构存储器的计算机系统中，自动实现部分装入和部分替换功能， 能从逻辑上为用户提供一个比物理贮存容量大得多，可寻址的“主存储器”。虚拟存储区的容量与物理主存大小 无关，而受限于计算机的地址结构和可用磁盘容量。根据所用的存储器映像算法，虚拟存储器管理方式主要有段 式、页式、和段页式三种。
虚拟存储器(2)单独建立一个空白分区，在该分区设置虚拟内存，其最小值设置为物理内存的1.5倍，最大值 设置为物理内存的3倍，该分区专门用来存储页面文件，不要再存放其它任何文件。
相关
虚拟存储器
virtual memory
为了给用户提供更大的随机存取空间而采用的一种存储技术。它将内存与外存结合使用，好像有一个容量极 大的内存储器，工作速度接近于主存，每位成本又与辅存相近，在整机形成多层次存储系统。
如果你的硬盘够大，那就请你打开”控制面板“中的“系统”，在“性能”选项中打开“虚拟内存”，选择 第二项：用户自己设定虚拟内存设置，指向一个较少用的硬盘，并把最大值和最小值都设定为一个固定值，大小 为物理内存的2倍左右。这样，虚拟存储器在使用硬盘时，就不用迁就其忽大忽小的差别，而将固定的空间作为虚 拟内存，加快存取速度。虚拟内存的设置最好在“磁盘碎片整理”之后进行，这样虚拟内存就分布在一个连续的、 无碎片文件的空间上，可以更好的发挥作用。
页式虚拟存储器的工作原理
页式虚拟存储器的工作原理页式虚拟存储器是计算机系统中用于管理虚拟内存的一种技术。
它通过将物理内存和磁盘空间结合起来，使得计算机能够有效地处理比实际内存容量更大的程序。
在本文中，将深入探讨页式虚拟存储器的工作原理，包括虚拟内存、物理内存、页面置换算法等相关概念，以及页式虚拟存储器的工作流程和优缺点。
一、虚拟内存的概念虚拟内存是一种计算机系统中的重要技术，它使得计算机能够同时运行多个程序，并且能够处理比实际物理内存更大的程序。
虚拟内存利用辅助存储设备（如硬盘）来扩展计算机的物理内存。
这样，程序可以运行，而不必全部载入内存中。
虚拟内存的有效性主要体现在以下几个方面：1.提高内存利用率。
虚拟内存使得计算机能够运行更多的程序，同时不会受到物理内存大小的限制。
2.提高系统的性能。
虚拟内存能够减少因内存不足而产生的页面置换，从而提高系统的性能。
3.保护程序。
虚拟内存可以有效地保护程序的数据，在内存中分配给每个程序的地址是单独的，避免了程序之间的干扰。
二、页式虚拟存储器的概念页式虚拟存储器是一种虚拟内存管理技术，通过将程序的虚拟地址空间和物理内存空间分割成固定大小的页面，来管理虚拟内存。
页式虚拟存储器的主要特点是页的大小固定，并且虚拟地址空间和物理地址空间都被分割成块状的页面。
在页式虚拟存储器中，每个页面都有一个对应的页面表项，用于记录页面在物理内存中的位置。
在页式虚拟存储器中，程序只能在物理内存中保持活动状态的页面，当程序访问的页面不在物理内存中时，系统会将相应的页面从辅助存储设备（如硬盘）中加载到物理内存中。
这种分页式管理方式，使得虚拟内存的管理更加灵活，能够有效地管理大容量的虚拟内存空间。
三、物理内存和虚拟内存的映射在页式虚拟存储器中，虚拟内存和物理内存之间存在映射关系，即虚拟地址空间中的页面被映射到物理内存中的页面。
这种映射关系是通过页表来实现的。
页表是一个用于记录虚拟地址空间和物理地址空间映射关系的数据结构。
佛山科学技术学院-操作系统-虚拟存储器-实验报告
实验三虚拟存储器3.1背景知识在Windows 2000环境下，4GB的虚拟地址空间被划分成两个部分：低端2GB提供给进程使用，高端2GB提供给系统使用。
这意味着用户的应用程序代码，包括DLL以及进程使用的各种数据等，都装在用户进程地址空间内 (低端2GB) 。
用户过程的虚拟地址空间也被分成三部分：1）虚拟内存的已调配区 (committed)：具有备用的物理内存，根据该区域设定的访问权限，用户可以进行写、读或在其中执行程序等操作。
2）虚拟内存的保留区 (reserved)：没有备用的物理内存，但有一定的访问权限。
3）虚拟内存的自由区 (free)：不限定其用途，有相应的PAGE_NOACCESS权限。
与虚拟内存区相关的访问权限告知系统进程可在内存中进行何种类型的操作。
例如，用户不能在只有PAGE_READONLY权限的区域上进行写操作或执行程序；也不能在只有PAGE_EXECUTE权限的区域里进行读、写操作。
而具有PAGE_ NOACCESS权限的特殊区域，则意味着不允许进程对其地址进行任何操作。
在进程装入之前，整个虚拟内存的地址空间都被设置为只有PAGE_NOACCESS权限的自由区域。
当系统装入进程代码和数据后，才将内存地址的空间标记为已调配区或保留区，并将诸如EXECUTE、READWRITE和READONLY的权限与这些区域相关联。
如表3-2所示，给出了MEMORY_BASIC_INFORMAITON的结构，此数据描述了进程虚拟内存空间中的一组虚拟内存页面的当前状态，期中State项表明这些区域是否为自由区、已调配区或保留区；Protect项则包含了windows系统为这些区域添加了何种访问保护；type项则表明这些区域是课执行图像、内存映射文件还是简单的私有内存。
VirsualQueryEX() API能让用户在指定的进程中，对虚拟内存地址的大小和属性进行检测。
Windows还提供了一整套能使用户精确控制应用程序的虚拟地址空间的虚拟内存API。
页式虚拟存储器的工作原理
页式虚拟存储器的工作原理页式虚拟存储器是一种在计算机系统中使用的辅助存储器技术，它可以有效地扩展计算机系统的主存容量。
其工作原理是将主存划分成固定大小的块，称为页面（page），然后将实际使用的页面按需加载到主存中，形成逻辑上连续的地址空间。
当需要的数据不在主存中时，系统会将其从辅助存储器中加载到主存，并将不再使用的页面置换到辅助存储器中，从而实现了对大容量数据的透明访问。
页式虚拟存储器的工作原理可以分为三个主要的步骤：地址映射、页面替换和页面加载。
地址映射是页式虚拟存储器的核心机制之一。
在页式虚拟存储器中，虚拟地址空间被划分为固定大小的页面，主存被划分为相同大小的物理页面。
在每个页面中，最低的位数被用作页面内偏移量，用于访问页面中的具体数据。
而剩余的高位被用作页号，用于查找转换表（页表），将虚拟地址转换为物理地址。
页表是一个存储在主存中的数据结构，用于将虚拟地址映射到物理地址。
它将虚拟页面号与物理页面号进行映射，并存储一些附加信息，如页面是否被修改过等。
当处理器发出访问某个虚拟内存地址的指令时，操作系统会根据该虚拟地址的页号查找页表，将虚拟地址转换为对应的物理地址，然后将指令发往该物理地址。
页面替换是页式虚拟存储器的重要机制之一。
由于主存容量有限，当所有的页面都被占用时，需要选择一个替换页面来腾出空间。
页式虚拟存储器采用了多种页面置换算法，如最近最少使用（LRU）算法、先进先出（FIFO）算法等。
这些算法根据页面的使用频率或最后使用时间来决定替换页面。
当需要替换页面时，操作系统会选择一个最适合被替换的页面，并将其从主存中移到辅助存储器中。
页面加载是页式虚拟存储器的另一个重要机制。
当处理器需要访问的页面不在主存中时，操作系统会从辅助存储器中将其加载到主存中。
这个过程被称为页面调度（page-in）。
操作系统会选择一个被替换出的页面，将其交换到辅助存储器中，然后将需要访问的页面从辅助存储器中读取到主存中。
3.6 虚拟存储器
jiaojiye, -计算机组成原理-
3.6.5 替换算法
3.7 虚拟存储器
虚拟存储器中的页面替换策略和cache中的行替 换策略有很多相似之处，但有三点显著不同： (1)缺页至少要涉及一次磁盘存取，读取所缺的 页，缺页使系统蒙受的损失要比cache未命中大得多 。 (2)页面替换是由操作系统软件实现的。 (3)页面替换的选择余地很大，属于一个进程的 页面都可替换。
jiaojiye, -计算机组成原理-
2
3.7 虚拟存储器
2. 早期CPU是根据物理地址直接访问内存。
好处： CPU就根据某个寄存器中相应的值，直接到物理内存 去取值，非常直接和容易理解。 缺点： 需要知道物理地址的值，每次程序开始执行，也就是 执行程序从磁盘被load到物理内存中之后，我们必须告诉 CPU，程序是从哪一个地址开始执行的（即PC寄存器的 值）； 程序使用的内存会被物理内存所限制，比如我们的机 器上只有512M内存，那我们的程序就不能使用需占1G内 存的程序了
jiaojiye, -计算机组成原理12
3.7 虚拟存储器
jiaojiye, -计算机组成原理-
该图显示了两个 64 位进程的虚 拟地址空间：Notepad.exe 和 MyApp.exe。每个进程都有其各 自的虚拟地址空间，范围从 0x000'0000000 至 0x7FF'FFFFFFFF。每个阴影框都 表示虚拟内存或物理内存的一个 页面（大小为 4 KB）。注意， Notepad 进程使用从 0x7F7'93950000 开始的虚拟 地址的三个相邻页面。但虚拟地 址的这三个相邻页面会映射到物 理内存中的非相邻页面。而且还 注意，两个进程都使用从 0x7F7'93950000 开始的虚拟 内存页面，但这些虚拟页面都映 13 射到物理内存的不同页面。
组成第十五讲：虚拟存储器
计算机组成原理
虚拟存储器概述 虚拟存储器和cache存储器的不同之处： 主要功能 传送信息块长度 访问速度 虚拟存储器对未命中更加敏感 对程序员是否透明
计算机组成原理
虚拟存储器概述 主要功能： cache存储器采用与CPU速度匹配的快速存储元件 弥补了主存和CPU之间的速度差距； 虚拟存储器虽然最大限度减少了慢速辅存对CPU的 影响，但它的主要功能是用来弥补主存和辅存之间 的容量差距，具有提供大容量和程序编址方便的优 点。
计算机组成原理
页式虚拟存储器 页表在主存中的地址由页表寄存器指出 虚拟地址 0010
0 1 2 3 4 5 010 001 110 000 100 000 1 1 1 1 1 0
000000000100
存在位
程序页表
110 12 位偏移
实存(主存)地址 1 1 0
000000000100
计算机组成原理
计算机组成原理
页式虚拟存储器 注意： 虚页内容若没有调入主存，则计算机启动输入输出系 统，把虚地址指示的一页内容从辅存调入主存，再提 供CPU访问。 虚地址和辅存地址不是一回事，程序员按虚存空间编 址，虚地址由虚页号和页内地址组成；辅存实际地址 以磁盘为例，地址由磁盘机号、磁头号、柱面号、块 号、块内地址组成。因此从辅存调页时还需要虚存地 址空间到辅存地址的变换。这个变换也可以采用类似 前述页表的方式，称外页表。
计算机组成原理
页式虚拟存储器
计算机组成原理
页式虚拟存储器 CPU访问主存时送出的是程序虚地址，计算机必须判断该 地址的存储内容是否已在主存里，如果不在的话，则需要 将所在页的内容按存储管理软件的规定调入指定的主存页 后才能被CPU执行；如果在的话，则需找出主存在哪一页。 为此，通常需要建立一张虚地址页号与实地址页号的对照 表，记录程序的虚页面调入主存时被安排在主存中的位置， 这张表叫页表。
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操作系统实现虚拟存储的方法有哪几种？
虚拟存储器的实现都是建立在离散分配存储管理方 式的基础上，有以下三种方法： 请求页式 请求段式 请求段页式
请求页式
请求分页系统是在分页存储管理方式的基础上增加了 请求调页功能、页面置换功能所形成的页式虚拟存储 系统。程序启动运行时装入部分用户程序页和数据页， 在以后的运行过程中，访问到其他逻辑页时，再陆续 将所需的页调入内存。请求调页和置换时，需要页表 机构、缺页中断机构、地址变换机构等软硬件支持。
特点
第四题
组员：金春11122400（主讲人） 盛俊11121763 金亲亲11123089 周芸竹11121700
4、为什么要采用虚拟存储器技术？操作系统实 现虚拟存储的方法有哪几种？请举例说明，并分 析它们的特点。
原因： 1.作业过大，所需内存空间超过内存总容量，作业不 能完全装入内存，致使该作业无法运行 2.有大量作业要求运行，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他们先运行，有 大量作业留在外存上等待。
请求段式
请求分段系统是在分段存储管理方式的基础上增加了 请求调段及分段置换功能而形成的段式虚拟存储系统， 只需装入部分程序和数据进程即可启动运行，以后出 现缺段时再动态调入。实现请求分段同样需要请求分 段的段表机制、缺段中断机构、地址变换机构等软硬 件支持。
பைடு நூலகம்
请求段页式
段页式虚拟存储器是段式虚拟存储器和页式虚拟存储 器的结合。它把程序按逻辑单位分段以后，再把每段 分成固定大小的页。主存空间也划分为若干个同样大 小的页。虚存和实存之间以页为基本传送单位，每个 程序对应一个段表，每段对应一个页表。虚地址包含 段号、段内页号、页内地址三部分。CPU访问时， 首先将段表起始地址与段号合成，得到段表地址，然 后从段表中取出该段的页表起始地址，与段内页号合 成，得到页表地址，最后从页表中取出实页号，与页 内地址拼接形成主存实地址。 段页式存储器综合了前两种结构的优点，但要经过两 级查表才能完成地址转换，要多花费一些时间。