第8章 虚拟存储器.ppt

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1、第8章虚拟存储器8.1虚拟存储器概述常规存储器管理方式要求作业运行前全部装入内存，作业装入内存后一直驻留内存直至运行结束。这种存储管理方式限制了大作业的运行。而物理扩充内存会增加成本，故应从逻辑上扩充内存。8.1.1虚拟存储器的基本原理在程序运行之前，将程序的一部分放入内存后就启动程序执行。在程序执行过程中，当所访问的信息不在内存时，由操作系统将所需要的部分调入内存，然后继续执行程序。另一方面，操作系统将内存中暂时不使用的内容换出到外存上，从而腾出空间存放将要调入内存的信息。从效果上看，这样的计算机系统好像为用户提供了一个存储容量比实际内存大得多的存储器，将这个存储器称为虚拟存储器。虚拟存储器

2、的本质虚拟存储器的本质是将程序的访问地址和内存的可用地址分离，为用户提供一个大于实际主存的虚拟存储器。虚拟存储器是指具有请求调入和置换功能，能从逻辑上对内存容量加以扩充的一种存储器系统。8.1.2虚拟存储器的理论基础虚拟存储器的理论基础是程序执行时的局部性原理。局部性原理是指程序在执行过程中一个较短时间内，程序所执行的指令地址和操作数地址分别局限于一定区域内。例如：除转移和过程调用外，程序主要是顺序执行。过程调用使程序从一部分区域转至另一部分区域循环结构局部性的体现局部性体现为：时间局部性：一条指令的一次执行和下次执行，一个数据的一次访问和下次访问，都集中在一个较短时间内。空间局部性：当前执行

3、的指令和将要执行的指令，当前访问的数据和将要访问的数据，都集中在一个较小范围内。实现虚拟存储技术的物质基础相当数量的外存：足以存放多个用户的程序。一定容量的内存：在处理机上运行的程序必须有一部分信息存放在内存中。地址变换机构：动态实现逻辑地址到物理地址的变换。虚拟存储器的实现方法虚拟存储器的实现基于离散分配。常用的虚拟存储技术有：请求分页存储管理请求分段存储管理8.2请求分页存储管理请求分页存储管理方法是在分页存储管理的基础上增加了请求调页和页面置换功能。实现思想：在作业运行之前只装入当前需要的一部分页面便启动作业运行。在作业运行过程中，若发现所要访问的页面不在内存，便由硬件产生缺页中断，请求

4、OS将缺页调入内存。若内存无空闲存储空间，则根据某种置换算法淘汰已在内存的某个页面，以腾出内存空间装入缺页。请求分页系统中的支持机构请求分页中的支持机构有：页表缺页中断机构地址变换机构请求调页和页面置换软件页表请求分页系统中使用的主要数据结构仍然是页表。但由于每次只将作业的一部分调入内存，还有一部分内容存放在磁盘上，故需要在页表中增加若干项。扩充后的页表项如下所示：扩充后的页表项页号和物理块号：其定义同分页存储管理。存在位：用于表示该页是否在主存中。访问字段：用于记录本页在一段时间内被访问的次数，或最近已有多长时间未被访问。修改位：用于表示该页调入内存后是否被修改过。外存地址：用于指出该页在外

5、存上的地址。页号物理块号存在位访问字段修改位外存地址缺页中断处理在请求分页系统中，当所访问的页不在内存时，便产生缺页中断，请求OS将缺页调入内存。缺页中断包括三部分：缺页中断处理页面调入（调出）进程重新启动缺页中断与一般中断的区别缺页中断与一般中断的区别主要有：在指令的执行期间产生和处理缺页中断。一条指令可以产生多个缺页中断。如：执行一条复制指令copyAtoBB:A:CopyAToB页面654321地址变换请求分页存储管理系统的地址变换过程类似于分页存储管理，但当被访问页不在内存时应进行缺页中断处理。地址变换流程程序请求访问一页页号＞页表长度？页在内存？YNCPU检索快表Y修改快表页表项在快

6、表中？产生缺页中断N访问页表越界中断NY修改访问位和修改位形成物理地址A缺页处理流程缺页中断处理保留CPU现场该页被修改否？从外存中找到缺页N将该页写回外存内存满否？Y选择一页换出NY从外存读缺页入内存修改页表A8.3页面置换算法页面置换算法又称为页面淘汰算法，是用来选择换出页面的算法。研究页面置换算法要考虑：淘汰页面范围：是全局置换还是局部置换页面分配：确定分配给进程的物理块数，有固定分配和可变分配页面置换算法的选择：应有较低的页面置换频率8.3.1最佳置换算法（OPT）最佳算法是从内存中选择将来最长时间不会使用的页面予以淘汰。特点：因页面访问的未来顺序很难精确预测，该算法具有理论意义，可以

7、用来评价其他算法的优劣。最佳置换算法例假定系统为某进程分配了3个物理块，页面访问序列为：1、2、3、4、1、2、5、1、2、3、4、5，开始时3个物理块均为空闲，采用最佳置换算法时的页面置换情况如下所示：采用最佳置换算法的页面置换情况从上表中可以看出，共发生了7次缺页，其缺页率为7/12＝58.3%。5缺5434缺523321缺521521缺4214缺3213缺212缺11块3块2块1走向8.3.