虚拟存储器资料.

5.1.3 虚拟存储器的实现方法 • 1．请求分页系统
➢ 在静态分页系统的基础上，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。它允许一个 程序只装入少数页面的程序及数据，便启动运行。以 后，再通过调页功能及页面置换功能，陆续地把暂不 运行的页面换出到外存上，同时把即将要运行的页面 调入内存。置换是以页为单位进行的。
➢ 为了实现请求分段和段置换功能，所必需的硬件和 软件支持：
– 1) 硬件支持：请求分段的段表机制；缺段中断机构；地 址变换机构。
– 2) 软件支持：实现请求分段和段置换的软件。
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第四章 存储器管理
• 虚拟存储器的种类
➢动态（请求）页式管理 ➢动态（请求）段式管理 ➢动态（请求）段页式管理
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第四章 存储器管理
• 5.1 • 5.2 • 5.3 • 5.4 • 5.5
第四章 存储器管理
第五章 虚拟存储器
虚拟存储器概述 请求分页存储管理方式 页面置换算法 抖动与工作集 请求分段存储管理方式
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第四章 存储器管理
本章前言
• 虚拟存储器作为现代操作系统存储器管理 的一项重要技术，实现了内存扩充功能。 但该功能并非是从物理上实际地扩大内存 的容量，而是从逻辑上实现对内存容量的 扩充，让用户所感觉到的内存容量比实际 内存容量大得多。于是便可以让比内存空 间更大的程序运行，或者让更多的用户程 序并发运行。这样既满足了用户的需要， 又改善了系统的性能。本章将对虚拟存储 的有关概念和技术做较详细的阐述。
• 3．虚拟存储器的基本工作情况
➢ 基于局部性原理可知，应用程序在运行之前没有必要 将其全部装入内存，而仅需将那些当前要运行的少数 页面（段）先装入内存便可运行，其余部分暂留在磁 盘上。程序在运行时，如果它所要访问的页（段）已 调入内存，便可继续执行下去；但如果程序所要访问 的页（段）尚未调入内存（称为缺页或缺段），便发 出缺页（段）中断请求，此时OS将利用请求调页（段） 功能将它们调入内存，以使进程能继续执行下去。如 果此时内存已满，无法再装入新的页（段），OS还须 再利用页（段）的置换功能，将内存中暂时不用的页 （段）调至磁盘，腾出足够的内存空间后，再将要访 问的页（段）调入内存，使程序继续执行下去。这样， 便可使一个大的用户程序在较小的内存空间中运行， 也可在相同的内存空间中同时装入更多的进程，使它 们并发执行。
5.2 请求分页存储管理方式（动态页式管理）
请求分页存储管理(动态分页式管理)：部分装入 + 动态置换
5.2.1 请求分页中的硬件支持 • 1．请求页表机制
➢ 在请求分页系统中所需要的主要数据结构是页表。其基 本作用仍然是将用户地址空间中的逻辑地址变换为内存 空间中的物理地址。由于只将应用程序的一部分调入内 存，还有一部分仍在盘上，故须在页表中再增加若干项， 供程序(数据)在换入、换出时参考。在请求分页系统中 的每个页表项如下页所示：
➢由此可见：虚拟存储器技术是一种以牺牲时间 来换取空间的技术。
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第四章 存储器管理
2．虚拟存储器的特征 在离散分配的基础上，虚存具备的特征：
➢（1）多次性
– 一个程序被分成多次调入内存运行
➢（2）对换性
– 内存和外存之间的换入换出操作
➢（3）虚拟性
– 用户感觉的内存容量远大于物理内存容量
9来自百度文库
第四章 存储器管理
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第四章 存储器管理
5.1.1 常规存储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：程序必须一次性整体装入内存。 ➢(2) 驻留性：程序必须一次性整体卸出内存(程
序在执行中途不会部分撤出内存)
这两个特征的存在使 得内存、处理机等资 源利用率较低，导致
系统吞吐量较小
想想，对于程序 执行来说，这两 个特征是必需的
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第四章 存储器管理
5.1 虚拟存储器概述 • 背景：
➢静态分页和静态分段都要求将程序的整体载入 内存后才能开始运行，且需等到程序运行结束 后才整体退出内存。这将导致大程序无法运行 或大量程序无法载入内存的情况。如何解决？
– 从物理上扩充内存：需要￥，不属于OS的讨论范畴。 – 从逻辑上扩充内存：虚拟存储器技术的作用。
吗？
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第四章 存储器管理
• 2．局部性原理
➢从整体来说，在一小段时间内，程序的执行仅 局限于某段代码，且它所访问的存储空间也局 限于某个区域。
– 时间局部性：刚访问过的马上会再度被访问。(递归 调用、循环结构等)
– 空间局部性：刚访问过某处，马上会访问邻近的区 域。(顺序执行、数组结构等)
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第四章 存储器管理
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第四章 存储器管理
• 引入虚存技术的好处
① 可在较小的可用内存中执行较大的用户程序 ② 可在内存中容纳更多的程序并发执行 ③ 不必影响编程时的程序结构 ④ 提供给用户可用的虚拟内存空间大于实际物
理内存容量
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5.1.2 虚拟存储器的定义和特征 • 1．虚拟存储器的定义
➢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决定，其运 行速度慢于内存，而单位成本又接近于外存。
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页号 物理块号 状态位 访问字段 修改位 外存地址
与静态页式管 理中的页号和 物理块号的作 用相同
记录该 页是否 已在内 存中
思考：在上面6个字 段中，哪些是所有页 都有的？哪些是内存
页才会有的？
记录该 页已被 访问次 数的计 数器或 未被访 问时间 的计时 器
记录该页 在内存中 是否被修 改过。以 决定该页 被换出时 是否需要 重写回外 存
➢ 为了实现请求调页和页面置换功能，所必需的硬件和 软件支持：
– 1) 硬件支持：请求分页的页表机制；缺页中断机构；地址变换 机构。
– 2) 软件支持：实现请求分页和页面置换的软件。
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• 2．请求分段系统
➢ 在静态分段系统的基础上，增加了请求调段及分段 置换功能后所形成的段式虚拟存储系统。它允许一 个程序只装入少数段(而非所有的段)的用户程序和 数据，即可启动运行。以后再通过调段功能和段的 置换功能将暂不运行的段调出，同时调入即将运行 的段。置换是以段为单位进行的。