操作系统 虚拟存储器.pdf

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1、第四章第五章存虚储拟器存管储理器第五章虚拟存储器5.1虚拟存储器概述5.2请求分页存储管理方式5.3页面置换算法5.4请求分段存储管理方式1第第四章五章存虚储拟器存管储理器5.1虚拟存储器的概述5.1虚拟存储器概述前面所介绍的各种存储器管理方式都要求将一个作业全部装入内存后方能运行，于是，出现了下面两种情况：(1)有的作业很大，其所要求的内存空间超过了内存总容量，作业不能全部被装入内存，致使该作业无法运行。(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。2第四章第五章存虚储拟器存管储理器5.1虚

2、拟存储器的概述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。在前面所介绍的几种存储管理方式中，都要求将作业全部装入内存后方能运行。(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。3第第四章五章存虚储拟器存管储理器5.1虚拟存储器的概述2．局部性原理1968年，Denning.P指出：(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)过程调用的深度在大多数情况下都不超过5。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)程序中存在许多循环结构，这些虽然只由少数指令构

3、成，但是它们将多次执行。(4)程序中还包括许多对数据结构的处理，如对数组进行操作，它们往往都局限于很小的范围内。4第第四章五章存虚储拟器存管储理器5.1虚拟存储器的概述局限性还表现在下述两个方面：(1)时间局限性。如果程序中的某条指令一旦执行，则不久以后该指令可能再次执行；如果某数据被访问过，则不久以后该数据可能再次被访问。(2)空间局限性。一旦程序访问了某个存储单元，在不久之后，其附近的存储单元也将被访问，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之内。5第第四章五章存虚储拟器存管储理器5.1虚拟存储器的概述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

4、行之前没有必要将之全部装入内存，而仅须将那些当前要运行的少数页面或段先装入内存便可运行，其余部分暂留在盘上。6第四章第五章存虚储拟器存管储理器5.1虚拟存储器的概述5.1.2虚拟存储器的定义和特征1．虚拟存储器的定义虚拟存储器，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，而成本却又接近于外存。7第四章第五章存虚储拟器存管储理器5.1虚拟存储器的概述2．虚拟存储器的特征与传统的存储器管理方式比较，虚拟存储器具有以下三个重要特征：(1)多次性。一个作业被分成多次调入内存运行。(2)对

5、换性。在作业的运行过程中进行换进、换出。(3)虚拟性。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。8第四章第五章存虚储拟器存管储理器5.1虚拟存储器的概述5.1.3虚拟存储器的实现方法1．分页请求系统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。1)硬件支持①请求分页的页表机制。②缺页中断机构。③地址变换机构。2)实现请求分页的软件包括用于实现请求调页的软件和实现页面置换的软件。9第四章第五章存虚储拟器存管储理器5.1虚拟存储器的概述2．请求分段系统在分段系统的基础上，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。1)

6、硬件支持(1)请求分段的段表机制。(2)缺段中断机构。(3)地址变换机构。2)软件支持包括用于实现请求调段的软件和实现段置换的软件。10第四章第五章存虚储拟器存管储理器5.2请求分页存储管理方式5.2请求分页存储管理方式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)在换进、换出时参考。11第四章第五章存虚储拟器存管储理器5.2请求分页存储管理方式页号物理块号状态位P访问字段A

7、修改位M外存地址(1)状态位P：用于指示该页是否已调入内存，供程序访问时参考。(2)访问字段A：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，供选择换出页面时参考。(3)修改位M：表示该页在调入内存后是否被修改过。由于内存中的每一页都在外存上保留一份副本，因此，若未被修改，在置换该页时就不需再将该页写回到外存上，以减少系统的开销和启动磁盘的次数；若已被修改，则必须将该页重写到外存上，以保证外存中所保留的始终是最新副本。简言之，M位供置换页面时参考。(4