汤小丹 操作系统第四版 第5章.ppt

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1、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“抖动”与工作集5.5请求分段存储管理方式习题5.1虚拟存储器概述第四章所介绍的各种存储器管理方式有一个共同的特点，即它们都要求将一个作业全部装入内存后方能运行。于是，出现了下面这样两种情况：　　(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

2、在外存上等待。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我们把前一章中所介绍的各种存储器管理方式统称为传统存储器管理方式，它们全都具有如下两个共同的特征：　　(1)一次性　　(2)驻留性2.局部性原理程序运行时存在的局部性现象，很早就已被人发现，但直到1968年，P.Denning才真正指出：程序在执行时将呈现出局部性规律，即在一较短的时间内，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。局限性又表现在下述两个方面：　　(1)时间局限性。

3、　　(2)空间局限性。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。5.1.2虚拟存储器的定义和特征　　1.虚拟存储器的定义当用户看到自己的程序能在系统中正常运行时，他会认为，该系统所具有的内存容量一定比自己的程序大，或者说，用户所感觉到的内存容量会比实际内存容量大得多。但用户所看到的大容量只是一种错觉，是虚的，故人们把这样的存储器称为虚拟存储器。虚拟存储器：指具有请求调入功能和置

4、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。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。　　(2)对换性。　　(3)虚拟性。虚拟性是以多次性和对换性为基础的，仅当系统允许将作业分多次调入内存，并能将内存中暂时不运行的程序和数据换至盘上时，才有可能实现虚拟存储器；而多次性和对换性又必须建立在离散分配的基础上。5.1.3虚拟存储器的实现方法　　1.分页请求系统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，置

5、换时以页面为单位。1)硬件支持　　主要的硬件支持有：　　(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2.请求分段系统是在分段系统的基础上，增加了请求调段及分段置换功能后形成的段式虚拟存储系统，置换是以段为单位进行的。1)硬件支持　　主要的硬件支持有：　　(1)请求分段的段表机制。　　(2)缺页中断机构。　　(3)地址变换机构。　　2)软件支持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为了实现请求分页，系统必须提供一定

6、的硬件支持。计算机系统除了要求一定容量的内存和外存外，还需要有请求页表机制、缺页中断机构以及地址变换机构。1.请求页表机制在请求分页系统中需要的主要数据结构是请求页表，其基本作用仍然是将用户地址空间中的逻辑地址映射为内存空间中的物理地址。为了满足页面换进换出的需要，在请求页表中又增加了四个字段。这样，在请求分页系统中的每个页表应含以下诸项：（1）状态位（存在位）P。用于指示该页是否调入内存，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，或最近已有多长时间未被访问，提供给置换算

7、法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，在置换该页时就不须将该写回到外存上，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。（4）外存地址。用于指出该页在外存上的地址，通常是物理块号，供调入该页时使用。2.缺页中断机构在请求分页系统中，每当所要访问的页面不在内存时，便要产生一缺页中断，请求OS将所缺之页调入内存。但缺页中断又是一种特殊的中断，它与一般的

8、中断相比，有着明显的区别，主要表现如下：(1)在指令执行期间产生和处理中断信号。　　(2)一条指令在执行期间可能产生多次缺页中断。图5-1涉及6次缺页中断的指令3.地址变换机构请求分页系统中的地址变换机构是在分页系统地址变换机构的基础上，为实现虚拟存储器，再增加了某些功能所形成的，如产生和处理缺页中断，以及从内存中换出一页的功能等等。图5-2示出了请求分页系统中的地址变换过程。图5-2　请求分页中的地址变换过程如果在快表中未