页面在内存与外存之间频繁调度-四川大学

虚拟存储器的概念 虚拟存储器的特征


7.2 7.3 7.4 7.5 7.6
请求分页虚拟存储管理 页面置换算法 页面调度性能 请求分段存储管理方式 Windows 2000/XP系统存储器管理实例
《计算机操作系统》- 第7章 4/69
2019/1/8
虚拟存储器的引入


请求分页系统

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）
2019/1/8
《计算机操作系统》- 第7章
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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

缺页中断机构
地址变换机构

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《计算机操作系统》- 第7章
13/69
请求分页中的硬件支持

页表机制
修改位M 外存地址
页号 物理块号 状态位P 访问字段A
状态位P： 访问字段 用于指示该页是否已调入内存，供程序访问 A： 时参考。 修改位 M： 用于记录本页在一段时间内被访问的次数， 或记录本页最近已有多长时间未被访问，供选 表示该页在调入内存后是否被修改过，供置 外存地址：
择换出页面时参考。 换页面时参考。 用于指出该页在外存上的地址，通常是物理 块号，供调入该页时参考。
《计算机操作系统》- 第7章 14/69
2019/1/8
请求分页中的硬件支持

缺页中断机构

当所要访问的页面不在内存时，产生缺页中断，请求 OS将所缺之页调入内存。

与其他中断的区别

可在指令执行期间产生 一条指令在执行期间，可能产生多次缺页中断。

局部性原理
物理地址空间 调出 调入
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存储器管理 时间局部性：如循环执行 地址映射 虚拟地址空间 内存

硬盘
空间局部性：如顺序执行。
《计算机操作系统》- 第7章
2019/1/8
应用程序 部分 装入内存 执行结束 访问部分 已在内存？ 否 启动请求调页 （段）功能 是 页（段）置换 内存已满？ 否 调入内存


请求分页的硬件支持 分页虚拟存储器管理实施中的策略问题

7.3 7.4 7.5 7.6
页面置换算Fra Baidu bibliotek 页面调度性能 请求分段存储管理方式 Windows 2000/XP系统存储器管理实例
《计算机操作系统》- 第7章 12/69
2019/1/8
7.2.1 请求分页中的硬件支持

页表机制
地 址 变 换 过 程
页在内存？ 是 修改快表
OS命令CPU从外存读缺页 修改访问位和修改位 启动I/O硬件 形成物理地址 将一页从外存换入内存 地址变换结束
增加 中断处理
2019/1/8
修改页表
《计算机操作系统》- 第7章
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7.2.2 分页虚拟存储器管理实施中的策略问题


最小物理块数
保证进程正常运行所需的最小物理块数 不同的作业要求不同 如：允许间接寻址：则至少要求3个物理块。 Mov A, [B]
2019/1/8 《计算机操作系统》- 第7章 7/69
是 程序继续执行
虚拟存储器的引入

虚拟存储器

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系 统。

实质：以时间换空间，但时间牺牲不大。

需要动态重定位
《计算机操作系统》- 第7章 8/69
2019/1/8
虚拟存储器的实现方式

局部性原理

时间局部性：如循环执行 空间局部性：如顺序执行。
《计算机操作系统》- 第7章 5/69

2019/1/8
虚拟存储器的引入

程序或数据访问的特点： 程序执行时，除了少部分的转移和过程调用 常规存储管理的特征： 顺序性 过程调用将会使程序的执行轨迹变化，但在 指令外，在大多数情况下仍是顺序执行的。 一次性（指全部装入） 程序中存在许多循环结构，这些虽然只由少 局限性 一段时间内都局限在一定过程的范围内运行。 程序中还包括许多对数据结构的处理，如对 驻留性（指驻留在内存不换出） 多次性 数指令构成，但是它们将多次执行。 数组进行操作，它们往往都局限于很小的范 独立性 围内。

本章目录



7.1 7.2 7.3 7.4 7.5 7.6
虚拟存储器的基本概念 请求分页虚拟存储管理 页面置换算法 页面调度性能 请求分段存储管理方式 Windows 2000/XP系统存储器管理实例
2019/1/8
《计算机操作系统》- 第7章
3/69
本章目录

7.1 虚拟存储器的基本概念

（如图7.3）
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《计算机操作系统》- 第7章
15/69
缺页中断处理 保留CPU现场 从外存中找到缺页
程序请求访问一页
开始
页号＞页表长度? 否 CPU检索快表
是
越界 中断
内存满否？ 是 选择一页换出 否
否 页表项在快表中？ 否 访问页表 产生缺页中断 请求调页 是
该页被修改否？ 是 将该页写回外存
操作系统原理
Operating System Principles
四川大学计算机学院
段 磊 leiduan@scu.edu.cn
2014
第7章 虚拟存储器管理
虚拟存储器管理为解决内存扩充问题而提出， 其实现思想是将外存作为内存的扩充，作业运 行不需要将作业的全部信息放入内存。 虚拟存储器的实现基础是内存的分页式或分 段式管理，采用的是进程页面或分段在内存与 外存之间对换
程序执行时，除了少部分的转移和过程调用指 常规存储管理的特征： 过程调用将会使程序的执行轨迹变化，但在一 令外，在大多数情况下仍是顺序执行的。 一次性（指全部装入） 程序中存在许多循环结构，这些虽然只由少数 段时间内都局限在一定过程的范围内运行。 程序中还包括许多对数据结构的处理，如对数 驻留性（指驻留在内存不换出） 指令构成，但是它们将多次执行。 组进行操作，它们往往都局限于很小的范围内

需实现请求分段机制的软件（置换软件等）
2019/1/8
《计算机操作系统》- 第7章
10/69
7.1.2 虚拟存储器的特征

离散性

部分装入

多次性

局部装入，多次装入

对换性 虚拟性
《计算机操作系统》- 第7章 11/69
2019/1/8
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