虚拟存储OS3续.ppt

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1、第三章存储管理虚拟存储器(VirtualMemory)（续）教学目的：为了在内存空间运行超过内存总容量的大作业，或者同时运行大量作业，解决的方法是从逻辑上扩充内存容量，这就是虚拟存储技术所要解决的主要问题。本课要介绍虚拟存储技术实现的各种方案，每种方案所需的硬件和软件支持。教学要求：掌握虚拟存储器的理论基础和定义，熟悉虚拟存储器实现方式和特征。掌握请求分页的页表机制、缺页中断机构和地址变换机构，熟悉页面的分配和置换策略、页面的分配的算法。熟练掌握最佳置换算法、先进先出（FIFO）置换算法、最近最久未使用置换算法LRU，掌握Clock置换算法和页面缓冲算法；

2、掌握有效访问时间计算，熟悉工作集概念。掌握请求分段的段表机制、缺段中断机构和地址变换机构，熟悉分段的共享和保护。（一）虚拟存储器的基本概念（1）虚拟存储器的引入1．局部性原理早在1968年P．Denning就指出过，程序在执行时将呈现出局部性规律，即在一段时间内，程序的执行仅局限于某个部分；相应地，它所访问的存储空间也局限于某个区域内。那么程序为什么会出现局部性规律呢？原因可以归结为以下几点：程序在执行时，除了少部分的转移和过程调用指令外，大多数仍是顺序执行的。子程序调用将会使程序的执行由一部分内存区域转至另一部分区域。但在大多数情况下，过程调用的深度都不

3、超过5。程序中存在许多循环结构，循环体中的指令被多次执行。程序中还包括许多对数据结构的处理，如对连续的存储空间——数组的访问，往往局限于很小的范围内。虚拟存储器的引入-1所以局限性表现为：时间局限性：如果程序中的某条指令一旦执行，则不久的将来该指令可能再次被执行；如果某个存储单元被访问，则不久以后该存储单元可能再次被访问。产生时间局限性的典型原因是在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最有可能被访问。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，其典型原因是程序是顺序执行的。2。虚

4、拟存储器的定义根据局部性原理，一个作业在运行之前，没有必要把全部作业装入内存，而仅将那些当前要运行的那部分页面或段，先装入内存便可启动运行，其余部分暂时留在磁盘上。虚拟存储器的引入-2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），此时程序应利用OS所提供的请求调页（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），则还须再利用页（段）的置换功能，将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后，再将所要访问的页（段）调入内存

5、，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；也可使内存中同时装入更多的进程并发执行。从用户角度看，该系统所具有的内存容量，将比实际内存容量大得多，人们把这样的存储器称为虚拟存储器。虚拟存储器的引入-3虚拟存储器是具有请求调入功能和置换功能，能仅把作业的一部分装入内存便可运行作业的存储器系统，它能从逻辑上对内存容量进行扩充的一种虚拟的存储器系统。其逻辑容量由内存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。可见，虚拟存储技术是一种性能非常优越的存储器管理技术，故被广泛地应用于大、中、小型机器和微型机

6、中。（2）虚拟存储器实现方式1。请求分页系统：它是在分页系统的基础上，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。它允许只装入若干页（而非全部程序）的用户程序和数据，就可以启动运行，以后再通过调页功能和页面置换功能，陆续把将要运行的页面调入内存，同时把暂不运行的页面置换到外存上，置换时以页面为单位。2。请求分段系统：它是在分段系统的基础上，增加了请求调段和分段置换功能所形成的段式虚拟存储系统。它允许只装入若干段（而非全部段）的用户程序和数据，就可以启动运行，以后再通过调段功能和置换功能将不运行的段调出，同时调入将要运行的段，置换以段为单位。

7、3。请求段页式系统：它是在段页式系统的基础上，增加了请求调页和页面置换功能所形成的段页式虚拟存储系统。虚拟存储器实现方式-1（3）虚拟存储器的特征离散性：指在内存分配时采用离散的分配方式，它是虚拟存储器的最基本的特征。多次性：指一个作业被分成多次调入内存运行，即在作业运行时没有必要将其全部装入，只须将当前要运行的那部分程序和数据装入内存即可。多次性是虚拟存储器最重要的特征。对换性：指允许在作业的运行过程中在内存和外存的对换区之间换进、换出。虚拟性：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。（二）请求分页存储管理方式（1）请求分页

8、中的硬件支持它是在纯分页系统的基础上，增加了请求调页功能、页面置换