虚拟存储管理优秀课件
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第6章虚拟存储管理精品PPT课件
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仅仅是一个理论算法而已。因为在实际应用 中，我们无法判断哪一页是以后不再访问的 页或距离现在最长时间以后再访问的页
共发生几次 缺页中断？
9次。页面换出6次， 这是最理想的情况， 置换的次数最少
M=1该页调入内存后被修改过； M=0该页调入内存后未被修改过。
●外存地址： 该页在外存的地址。
缺页中断机构
……
inc ax mov ax,[2500]
……
主要表现在：
●在指令执行期间产生和处理中断信号。
而普通中断是在每条指令结束后去检查是否有中断 到达。
●一条指令执行期间，可能产生多次缺页中断。
●时间局限性
–程序中的的某条指令一旦执行，不 久后会再次执行。
●空间局限性
–程序一旦访问某存储单元，不久后 会访问其附近的存储单元。
虚拟存储器的定义
所谓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 存储器系统。
虚拟存储器的特征 ●离散性
作业不装入连续的存储空间，内存分配采用离散分配方式。
为此需要对页表进行改造。首先应在页表中指出 哪些页已在主存储器中，哪些页还没装入主存储 器，并且指出每一页副本在磁盘上的位置。
● 6.2请求页式存储管理
页表的扩充
页号 存储块号 状态位P 访问字段A 修改位M 外存地址
●状态位P：记录该页是否在内存。P=1该页在内存；
计算机操作系统第7章虚拟存储器管理PPT课件
三 请在这里输入您的主要叙述内容
本章目录
7.1 虚拟存储器的基本概念 7.2 请求分页虚拟存储管理 7.3 页面置换算法 7.4 页面调度性能 7.5 请求分段存储管理方式 7.6 Windows 2000/XP系统存储器管理实例
28.07.2020
《计算机操作系统》- 第7章
3
本章目录
28.07.2020
《计算机操作系统》- 第7章
17
内存分配策略和分配算法
固定与可变：
指为进程分配的物理块数是固定的还是变化 的
局部与全局：
指因内存不够需要置换时，换出的页面是该 进程的页面，还是内存中所有进程的某一页面。
28.07.2020
《计算机操作系统》- 第7章
18
内存分配策略和分配算法
13
请求分页中的硬件支持 页表机制
状态位P：
访用问于字指段示该A：页是否已调入内存，供程序访问时 参修用考改于。位记M录：本页在一段时间内被访问的次数，或 记外表录存示本地该页址页最：在近调已入有内多存长后时是间否未被被修访改问过，，供供选置择换
换页用出面于页时指面参出时考该参。页考在。外存上的地址，通常是物理块 号，供调入该页时参考。
以页为单位转换 需硬件：
（1）请求分页的页表机制 （2）缺页中断 （3）地址变换机构
需实现请求分页机制的软件（置换软件等）
28.07.2020
《计算机操作系统》- 第7章
9
虚拟存储器的实现方式
请求分段系统
以段为单位转换:
（1）请求分段的段表结构 （2）缺段中断 （3）地址变换机构
需实现请求分段机制的软件（置换软件等）
独立性
围内。
局部性原理
第5章-虚拟存储器ppt课件
（2）有大量作业要求运行，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。
.
5.1.1 常规存储器管理方式的特征和局部性原理 1.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，如果一次 性地装入其全部程序，也是一种对内存空间的浪费。
.
5.1.2 虚拟存储器的特征
虚拟存储器具有以下主要特征：
1．多次性 一个作业被分成多次调入内存运行，在作业
运行时只需将当前要运行的那部分程序和数据装 入内存即可；当要运行时尚未调入的那部分程序 时，再将它调入。
2．对换性 作业的运行过程中进行换进、换出，换进和
换出能有效地提高内存利用率。
3．虚拟性 虚拟性是指能够从逻辑上扩充内存容量，使
（2）驻留性
作业装入内存后，便一直驻留在内存中，直至作业 运行结束。尽管运行中的进程会因I／O而长期等待， 仍将继续占用宝贵的内存资源。
.
2．局部性原理
（1）程序执行时，除了少部分的转移和过程调用 指令外，在大多数情况下仍是顺序执行的。
（2）过程调用将会使程序的执行轨迹由一部分区 域转至另一部分区域，但经研究看出，过程调用 的深度在大多数情况下都不超过5层。这就是说， 程序将会在一段时间内都局限在这些过程的范围 内运行。
.
3．虚拟存储器定义
基于局部性原理，应用程序在运行之前，没有必 要全部装入内存，仅须将那些当前要运行的部分 页面或段先装入内存便可运行，其余部分暂留在 盘上。
所谓虚拟存储器：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加以扩充的一种存 储器系统，其逻辑容量由内存容量和外存容量之 和所决定，其运行速度接近于内存速度，而每位 的成本却又接近于外存。
.
5.1.1 常规存储器管理方式的特征和局部性原理 1.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，如果一次 性地装入其全部程序，也是一种对内存空间的浪费。
.
5.1.2 虚拟存储器的特征
虚拟存储器具有以下主要特征：
1．多次性 一个作业被分成多次调入内存运行，在作业
运行时只需将当前要运行的那部分程序和数据装 入内存即可；当要运行时尚未调入的那部分程序 时，再将它调入。
2．对换性 作业的运行过程中进行换进、换出，换进和
换出能有效地提高内存利用率。
3．虚拟性 虚拟性是指能够从逻辑上扩充内存容量，使
（2）驻留性
作业装入内存后，便一直驻留在内存中，直至作业 运行结束。尽管运行中的进程会因I／O而长期等待， 仍将继续占用宝贵的内存资源。
.
2．局部性原理
（1）程序执行时，除了少部分的转移和过程调用 指令外，在大多数情况下仍是顺序执行的。
（2）过程调用将会使程序的执行轨迹由一部分区 域转至另一部分区域，但经研究看出，过程调用 的深度在大多数情况下都不超过5层。这就是说， 程序将会在一段时间内都局限在这些过程的范围 内运行。
.
3．虚拟存储器定义
基于局部性原理，应用程序在运行之前，没有必 要全部装入内存，仅须将那些当前要运行的部分 页面或段先装入内存便可运行，其余部分暂留在 盘上。
所谓虚拟存储器：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加以扩充的一种存 储器系统，其逻辑容量由内存容量和外存容量之 和所决定，其运行速度接近于内存速度，而每位 的成本却又接近于外存。
操作系统课件第6章 虚拟存储管理(1)
工作集 进程在某段时间里实际上要访问的页的集合
第6章 虚拟存储器——请求分页系统的性能分析
例：
一个循环程序，依次使用P1，P2，P3，P4 四个页面，分配给这个程序的主存页面数为3个。 试给出分别使用FIFO、LRU和OPT三种页面替 换算法对主存页面的调度情况。
第6章 虚拟存储器——请求分页系统的性能分析
第6章 虚拟存储器——页面置换算法
7．最佳置换算法（OPT算法）
基本思想： 选择不被使用的或将来最久不被访问的页面
作为被替换的页面。 特点：
缺页率低 无法实现 评价其他页面置换算法好坏的标准
第6章 虚拟存储器——页面置换算法
例：在一个请求分页存储管理系统中，一个作业的页面 走向为： P4、P3、P2、P1、P4、P3、P5、P4、P3、P2、P1、P5 当分配给该作业的物理块数为3时，试计算采用OPT置换 算法时的缺页率（假设开始执行时主存中没有页面）。
这种异常现象称为Belady现象。
第6章 虚拟存储器——页面置换算法
LRU算法和LFU算法是不是堆栈型算法？
对于LFU和LRU算法，由于在主存中保留的是最近使用过 的页面，如果先给某一个程序分配N个主存页面，那么在T时 刻，这N个主存页面都是最近使用过的页面。
如果再给这个程序多分配一个主存页面，那么在T时刻， 这N+1个主存页面也都是最近使用过的页面。
三、页面调度中的抖动现象
第6章 虚拟存储器——请求分页系统的性能分析
什么是抖动？
从主存中刚刚移走某页面后，根据请求马上又调 入该页。这种反复进行入页和出页的现象称为抖 动，也叫系统颠簸。它会浪费大量的处理机时间， 应尽可能避免。
产生抖动的原因 产生抖动的直接原因是页面置换算法选取不当。
第6章 虚拟存储器——请求分页系统的性能分析
例：
一个循环程序，依次使用P1，P2，P3，P4 四个页面，分配给这个程序的主存页面数为3个。 试给出分别使用FIFO、LRU和OPT三种页面替 换算法对主存页面的调度情况。
第6章 虚拟存储器——请求分页系统的性能分析
第6章 虚拟存储器——页面置换算法
7．最佳置换算法（OPT算法）
基本思想： 选择不被使用的或将来最久不被访问的页面
作为被替换的页面。 特点：
缺页率低 无法实现 评价其他页面置换算法好坏的标准
第6章 虚拟存储器——页面置换算法
例：在一个请求分页存储管理系统中，一个作业的页面 走向为： P4、P3、P2、P1、P4、P3、P5、P4、P3、P2、P1、P5 当分配给该作业的物理块数为3时，试计算采用OPT置换 算法时的缺页率（假设开始执行时主存中没有页面）。
这种异常现象称为Belady现象。
第6章 虚拟存储器——页面置换算法
LRU算法和LFU算法是不是堆栈型算法？
对于LFU和LRU算法，由于在主存中保留的是最近使用过 的页面，如果先给某一个程序分配N个主存页面，那么在T时 刻，这N个主存页面都是最近使用过的页面。
如果再给这个程序多分配一个主存页面，那么在T时刻， 这N+1个主存页面也都是最近使用过的页面。
三、页面调度中的抖动现象
第6章 虚拟存储器——请求分页系统的性能分析
什么是抖动？
从主存中刚刚移走某页面后，根据请求马上又调 入该页。这种反复进行入页和出页的现象称为抖 动，也叫系统颠簸。它会浪费大量的处理机时间， 应尽可能避免。
产生抖动的原因 产生抖动的直接原因是页面置换算法选取不当。
虚拟存储器培训课件(ppt 91页)
典型的有：键盘、鼠标、语音的输入/输出等。 中速设备：传输速率仅为每秒钟数千个字节至数数万个字节的
设备。典型的有：打印机等。 高速设备：传输速率仅为每秒钟数百千个字节至数十兆字节的
设备。典型的有：磁盘机、磁带机、光盘机等。
块设备 4）按信息交换的单位分类 字符设备 块设备：信息交换的基本单位为字符块，属于有结构设备， 块大小一般为512B---4KB，典型的有：磁盘、磁带等。 字符设备：信息交换的基本单位为字符，典型的有：键盘、 打印机和显示器等。 2、设备与控制器之间的接口 （P145 图5-1） 三种信号线
操作系统
当C>T ：C+M即MAX（C，T）+M 当C<T ： MAX（C，T） 图5-12
循环缓冲
在设备和处理机之间设置多个大小相等的缓冲区，这些缓 冲区构成环形，每一个缓冲区中含一指针指向下一个缓冲区， 最后一个指向第一个缓冲区，同时还含有2个用于输入/输出的 指针IN和OUT。
特点：缓冲区数有多个；设备与处理机对缓冲区的操作可并 行，进一步提高了设备与处理机并行操作的程度。
3、DMA方式
1）需数据的进程向CPU发出指令,向DMA控制器写入数据存放的内存始址、 传送的字节数,并置中断位和启动位,启动I/O设备输入数据并允许中断。
2）该进程放弃处理机等待输入完成，处理机被其它进程占据。 3）DMA控制器采用挪用CPU周期，将一批数据写入内存中。 4）DMA控制器传送完数据后，向CPU发中断请求，CPU响应后转向中断服
3、缓冲实现方法两种： 1）采用硬件缓冲器实现 2）用软件缓冲区来实现
5.3 缓冲管理
缓冲就是用来对数据传送速度不同的设备的传送速度进
行匹配/缓冲的一种常用手段。其实现方法除在关键
设备。典型的有：打印机等。 高速设备：传输速率仅为每秒钟数百千个字节至数十兆字节的
设备。典型的有：磁盘机、磁带机、光盘机等。
块设备 4）按信息交换的单位分类 字符设备 块设备：信息交换的基本单位为字符块，属于有结构设备， 块大小一般为512B---4KB，典型的有：磁盘、磁带等。 字符设备：信息交换的基本单位为字符，典型的有：键盘、 打印机和显示器等。 2、设备与控制器之间的接口 （P145 图5-1） 三种信号线
操作系统
当C>T ：C+M即MAX（C，T）+M 当C<T ： MAX（C，T） 图5-12
循环缓冲
在设备和处理机之间设置多个大小相等的缓冲区，这些缓 冲区构成环形，每一个缓冲区中含一指针指向下一个缓冲区， 最后一个指向第一个缓冲区，同时还含有2个用于输入/输出的 指针IN和OUT。
特点：缓冲区数有多个；设备与处理机对缓冲区的操作可并 行，进一步提高了设备与处理机并行操作的程度。
3、DMA方式
1）需数据的进程向CPU发出指令,向DMA控制器写入数据存放的内存始址、 传送的字节数,并置中断位和启动位,启动I/O设备输入数据并允许中断。
2）该进程放弃处理机等待输入完成，处理机被其它进程占据。 3）DMA控制器采用挪用CPU周期，将一批数据写入内存中。 4）DMA控制器传送完数据后，向CPU发中断请求，CPU响应后转向中断服
3、缓冲实现方法两种： 1）采用硬件缓冲器实现 2）用软件缓冲区来实现
5.3 缓冲管理
缓冲就是用来对数据传送速度不同的设备的传送速度进
行匹配/缓冲的一种常用手段。其实现方法除在关键
第5章 虚拟存储管理22
缺点：难于确定应该为每个进程分配多少物理块
（2）可变分配全局置换
• 为系统中的每个进程分配一定数目的物理块， OS系统本身保持一个空闲物理块队列，进程缺 页时即分配空闲物理块队列中的一个装入。当 空闲队列用完时，OS在从内存中选择一页调出。
（3）可变分配局部置换
• 首先为每个进程分配一定数目的物理块，当缺 页时，将该进程的一页换出，如果某进程频繁 的发生缺页中断，则再给该进程分配一定的物 理块，直到缺页率降低到某一个适当的值。相 反，如果进程运行期间缺页率特别低，则适当 较少其物理块数。
2 先进先出页面置换算法
举例说明最佳置换算法和先进先 出页面置换算法
• 假定系统为某进程分配了三个物理块，并考虑有 以下的页号引用串：
7，0，1，2，0，3，0，4，2，3，0，3，2，1， 2，0，1，7，0，1 • 进程运行时，先将7，0，1三个页面装入，以后 使用的页面将根据不同的置换算法进行
5.3 页面置换算法
• 把选择换出页面的算法称为页面置换算法。 • 一个好的页面置换算法，应该具有较低的页
面置换频率。 • 从理论上来说，应该将那些以后不会再使用
的或者长时间不用的页面替换。
5.3.1 最佳置换算法和先进先出置换算法
1 最佳置换算法
将以后永不使用或最长时间内不再被访问的页面调出。
改进型Clock置换算法的执行过程
• 第一步：从指针指示的当前位置开始，扫描队列， 寻找A=0, M=0的第1类页面；
• 第二步：若没有找到第1类页面,则开始第二轮查 找，寻找A=0, M=1的第2类页面。同时将扫描过 的页面的访问位A都置0；
• 请求分页Байду номын сангаас存储管理是建立在基本分页系统基 础上的，为了支持虚拟存储器功能而增加了请 求调页和页面置换功能。
（2）可变分配全局置换
• 为系统中的每个进程分配一定数目的物理块， OS系统本身保持一个空闲物理块队列，进程缺 页时即分配空闲物理块队列中的一个装入。当 空闲队列用完时，OS在从内存中选择一页调出。
（3）可变分配局部置换
• 首先为每个进程分配一定数目的物理块，当缺 页时，将该进程的一页换出，如果某进程频繁 的发生缺页中断，则再给该进程分配一定的物 理块，直到缺页率降低到某一个适当的值。相 反，如果进程运行期间缺页率特别低，则适当 较少其物理块数。
2 先进先出页面置换算法
举例说明最佳置换算法和先进先 出页面置换算法
• 假定系统为某进程分配了三个物理块，并考虑有 以下的页号引用串：
7，0，1，2，0，3，0，4，2，3，0，3，2，1， 2，0，1，7，0，1 • 进程运行时，先将7，0，1三个页面装入，以后 使用的页面将根据不同的置换算法进行
5.3 页面置换算法
• 把选择换出页面的算法称为页面置换算法。 • 一个好的页面置换算法，应该具有较低的页
面置换频率。 • 从理论上来说，应该将那些以后不会再使用
的或者长时间不用的页面替换。
5.3.1 最佳置换算法和先进先出置换算法
1 最佳置换算法
将以后永不使用或最长时间内不再被访问的页面调出。
改进型Clock置换算法的执行过程
• 第一步：从指针指示的当前位置开始，扫描队列， 寻找A=0, M=0的第1类页面；
• 第二步：若没有找到第1类页面,则开始第二轮查 找，寻找A=0, M=1的第2类页面。同时将扫描过 的页面的访问位A都置0；
• 请求分页Байду номын сангаас存储管理是建立在基本分页系统基 础上的，为了支持虚拟存储器功能而增加了请 求调页和页面置换功能。
操作系统Chap4.5虚拟存储管理
page has been altered since it was last loaded into main memory • If no change has been made, the page does not have to be written to the disk when it needs to be swapped out
• A process may be broken up into pieces that do not need to located contiguously in main memory
– All pieces of a process do not need to be loaded in main memory during execution
– If it is in main memory, the entry contains the frame number of the corresponding page in main memory
– If it is not in main memory, the entry may contain the address of that page on disk or the page number may be used to index another table (often in the PCB) to obtain the address of that page on disk
• Hardware must support paging and segmentation
• Operating system must be able to management the movement of pages and/or segments between secondary memory and main memory
• A process may be broken up into pieces that do not need to located contiguously in main memory
– All pieces of a process do not need to be loaded in main memory during execution
– If it is in main memory, the entry contains the frame number of the corresponding page in main memory
– If it is not in main memory, the entry may contain the address of that page on disk or the page number may be used to index another table (often in the PCB) to obtain the address of that page on disk
• Hardware must support paging and segmentation
• Operating system must be able to management the movement of pages and/or segments between secondary memory and main memory
第6章 虚拟存储管理优秀课件
练习
1.虚拟存储技术是（ ）。
A 补充内存物理空间的技术 B 补充相对地址空间的技术 C 扩充外存空间的技术 D 扩充输入输出缓冲区的技术
练习
2.在虚拟内存管理中,地址变换机构将逻辑地址变 换为物理地址,形成该逻辑地址的阶段是（ ）。
A 编辑 B 编译 C 链接 D 装载
练习
3.虚拟内存的基础是( ）。
部分区域， 但过程调用的深度不会超过5。 ●程序中有许多循环语句，这些语句会重复多次执行。 ●程序中对数据结构的操作，往往局限在很小的范围内。
局限性的表现
●时间局限性
–程序中的的某条指令一旦执行，不久后会再次执行。
●空间局限性
–程序一旦访问某存储单元，不久后会访问其附近的存储 单元。
虚拟存储器的定义
页
页
率
率
（a）页尺寸
P
（b）分配的物理块数 N
P表示整个进程的页大小，N进程中的总块数 页面大小与物理块数对缺页率的影响
驻留集管理
●固定分配、局部置换
●为每个进程分配固定页数的内存空间、且运行过程中不变。 ●当进程缺页时，只能从该进程在内存的几个页面中选出一页换出， 然后再调入一页，保证进程的页数不变。
将该页写回外存
从外存读入缺页 修改页表
开始
页号>页表长度 N
查快表
Y 越界中断
Y 页在快表中？
N 查页表
N
页在内存？
Y
修改快表
修改访问字段和修改位 形成物理地址 结束
请求页式存储管理驻留集管理
驻留集管理包括以下内容：
●保证进程正常运行所需的最少物理块数是多少？ ●为每个进程分配物理块时，其数目是固定的、还 是可变的？ ●如何为进程置换物理块，是局部置换？还是全局 置换？
ch44.5虚拟存储管理.ppt
有
装入所需页面
调整页表和 主存分配表
恢复现场
重新执行 被中断指令
操作系统
未修改
选择调出页面 该页是否修改
已修改
把该页写回 辅存相应位置
请求页式虚拟存储系统优缺点
•优点：作业的程序和数据可按页分散 存放在主存中，减少移动开销，有效 解决了碎片问题;既有利于改进主存利 用率，又有利于多道程序运行。
•缺点：要有硬件支持，要进行缺页中 断处理，机器成本增加，系统开销加 大。
3 页面装入策略和页面清除策略
页面装入主存,有两种策略： •请页式调度 •预调式调度
何时把一个修改过的页面写回辅 存储器，有两种策略：
• 请页式清除 • 预清除:在替换之前成批写回
4 页面分配策略
• 系统为进程分配主存,需考虑因素:
①分给进程的空间越小,同一时间处于主 存的进程就越多，至少有一个进程处 于就绪态的可能性就越大。
页面分配策略：可变分配
• 进程分得的页框数可变, 称可 变分配;
• 进程执行的某阶段缺页率较高, 说明目前局部性较差，系统可 多分些页框以降低缺页率，反 之说明进程目前的局部性较好, 可减少分给进程的页框数
页面替换策略：局部替换和全 局替换
• 如果页面替换算法的作用范围是整 个系统，称全局页面替换算法,它可 以在运行进程间动态地分配页框。
虚拟存储器的概念图
物理地址空间
逻辑地址空间
主存 辅存
虚地址 存储 实地址
处理器
管理 部件
程序的局部性原理
指程序在执行过程中的一个较短 时间内，所执行的指令地址或操 作数地址分别局限于一定的存储 区域中。又可细分时间局部性和 空间局部性。
实现虚拟存储器须解决的问题
装入所需页面
调整页表和 主存分配表
恢复现场
重新执行 被中断指令
操作系统
未修改
选择调出页面 该页是否修改
已修改
把该页写回 辅存相应位置
请求页式虚拟存储系统优缺点
•优点：作业的程序和数据可按页分散 存放在主存中，减少移动开销，有效 解决了碎片问题;既有利于改进主存利 用率，又有利于多道程序运行。
•缺点：要有硬件支持，要进行缺页中 断处理，机器成本增加，系统开销加 大。
3 页面装入策略和页面清除策略
页面装入主存,有两种策略： •请页式调度 •预调式调度
何时把一个修改过的页面写回辅 存储器，有两种策略：
• 请页式清除 • 预清除:在替换之前成批写回
4 页面分配策略
• 系统为进程分配主存,需考虑因素:
①分给进程的空间越小,同一时间处于主 存的进程就越多，至少有一个进程处 于就绪态的可能性就越大。
页面分配策略：可变分配
• 进程分得的页框数可变, 称可 变分配;
• 进程执行的某阶段缺页率较高, 说明目前局部性较差，系统可 多分些页框以降低缺页率，反 之说明进程目前的局部性较好, 可减少分给进程的页框数
页面替换策略：局部替换和全 局替换
• 如果页面替换算法的作用范围是整 个系统，称全局页面替换算法,它可 以在运行进程间动态地分配页框。
虚拟存储器的概念图
物理地址空间
逻辑地址空间
主存 辅存
虚地址 存储 实地址
处理器
管理 部件
程序的局部性原理
指程序在执行过程中的一个较短 时间内，所执行的指令地址或操 作数地址分别局限于一定的存储 区域中。又可细分时间局部性和 空间局部性。
实现虚拟存储器须解决的问题
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8．1．2 虚拟存储器
虚拟存储器的定义：是指仅把进程的一部分
装入内存便可运行的存储器系统，它具有请 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器系统。
虚拟存储器的逻辑容量：虚拟存储器的逻辑
容量由系统的寻址能力和外存容量之和所决 定。
8．1．2 虚拟存储器
虚拟存储管理主要采用以下技术实现： •请求分页虚拟存储管理 •请求分段虚拟存储管理 •请求段页式虚拟存储管理
8．1．1 局部性原理
程序执行呈现局部性规律的原因：
– 程序执行时，大多数情况下是顺序执行的。 – 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。 – 程序中有许多循环语句，这些语句会重复多次执行。 – 程序中对数据结构的操作，往往局限在很小的范围 内。
8．2 请求分页式存储管理方式
请求分页式存储管理是在分页式存储管理的 基础上，增加了请求调页功能、页面置换功能而形 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。
8．2 请求分页式存储管理方式
• 基本原理：在请求分页式存储管理系统中，进程运行 之前将一部分页面装入内存，另外一部分页面则装入 外存。在进程运行过程中，如果所访问的页面不在内 存中，则发生缺页中断，进入操作系统，由操作系统 进行页面的动态调度。
算法选择一个内存块，将此块内容写回外存，修 改页表； 读入所需的页面，修改页表； 重新启动进程，执行被中断的指令。
8．2 ．1 请求分页式存储管理的基本概念
页表机制：纯分页的页表只有两项：页号和物理块。
而请求分页存储管理增加了调入功能和置换功能， 故需在页表中增加若干项，供程序在换进换出时参 考。下面所示是一请求分页系统中的页表：
缺页中断处理
是 越界中断
页号>页表长 度？ 否
保留CPU现场 从外存中找到该页
CPU检索快表
是 页表项是否在快 表中？ 否
否 内存满否？
是 选择一页换出
访问页表
否 页是否在内存中？
产生缺页中断 是
否 该页修改否？
是 将该页写回外存
修改快表
CPU从外存读缺页
页号 物理块号 状态位P 访问字段A 修改位M 外存地址
状态位P：记录该页是否在内存。P=0该页在内存； P=1该页不在内存。
访问字段A：记录该页多长时间没有被访问。 修改位M：记录该页在内存期间是否被修改过。
M=1该页调入内存后被修改过； M=0该页调入内存后未被修改过。 外存地址：该页在外存上的地址
虚拟存储管理
引言
上一章介绍了实存储管理技术，各种实存储管理技 术有一个共同的特点，即它们都要求把进程全部装入内 存才能运行。在运行过程中，往往可能出现两种情况： 要求运行的进程所需的内存空间之和大于系统的内存空 间，只能有部分进程能够装入内存运行，而其它进程只 有留在外存中等待； 逻辑地址空间大于存储空间的进程无法在系统中运行。
物理地址空间
8．2 ．1 请求分页式存储管理的基本概念
地址变换机构：请求分页系统中的地址变换机构，
是在分页系统的地址变换机构的基础上，为实现虚 拟存储器而增加了产生和处理缺页中断、页面置换 等功能而形成的。下图给出了请求分页系统的地址 变换过程。
8．2 ．1 请求分页式存储管理的基本概念
程序请求访问一页
实现虚拟存储器的理论基础：局部性原理。
8．1．2 虚拟存储器
实现方法：一个进程在运行之时，没有必要全部装
入内存，而只把当前运行所需要的页（段）装入内 存便可启动运行，而其余部分则存放在磁盘上。程 序在运行时，如果所需要的页（段）已经调入内存， 便可以继续执行下去。如果所需要的页（段）不在 内存，此时程序应利用操作系统所提供的请求调页 （段）功能，将该页（段）调入内存，以使程序能 够运行下去。如果此时分配给该程序的内存已全部 占用，不能装入新的页（段），则需要利用系统的 置换功能，把内存中暂时不用的页（段）调出至磁 盘上，腾出足够的内存空间，再将所要装入的页 （段）调入内存，使程序能够继续运行下去。
为了解决以上问题，可有两种解决方案：一是从物 理上增加内存容量。但这受到机器寻址能力的限制，不 能无限扩充，而且无疑会增加系统成本；二是从逻辑上 扩充内存容量，这就是本章所要讨论的“虚拟存储”管 理技术。
8．1 虚拟存储器的基本概念
虚拟存储管理要研究的问题是： 1.作业信息不全部装入主存，能否保证作业的正确运行？
8．2 ．1 请求分页式存储管理的基本概念 0 1
页号 块号 状态 030 140
作业2 0 1 2 3
0
1
160
290
3
1
作业3 0 1 2 3 4
0
1
1 11 0
270
3 12 0
4
1
页面映射表
存储空间 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
回答是肯定的,1968年P.Denning研究了程序执行时 的局部性原理。 2.以CPU时间和外存空间换取昂贵内存空间，如何进行 动态调度？
8．1 虚拟存储器的基本概念
程序的局部性原理： 指程序在执行过程中的一个较短时间内，所执行的 指令地址或操作数地址分别局限于一定的存储区域中。 具体地表现为时间局部性和空间局部性。
• 系统需要解决下面三个问题：
– 系统如何获知进程当前所需页面不在主存。 – 当发现缺页时，如何把所缺页面调入主存。 – 当主存中没有空闲的页框时，为了要接受一个新页，需要把
老的一页淘汰出去，根据什么策略选择欲淘汰的页面。
8．2 ．1 请求分页式存储管理的基本概念
其方法如下：
找到被访问页面在外存中的地址； 在内存中找一个空闲块，如果没有，则按照淘汰
8．1．1 局部性原理
局部性原理的表现形式：
时间局限性：如果某条指令被执行，则在不久的 将来，该指令可能被再次执行；如果某个数据结 构被访问，则在不久的将来，该数据结构可能再 次被访问。产生时间局限性的主要原因是程序中 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。产生空间局限性的主要原因是程 序的顺序执行。