第四章虚拟存储管理ppt课件.ppt

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1、操作系统OperatingSystem第4章存储管理§4.1存储管理的原理§4.2连续分配存储管理§4.3离散分配存储管理§4.4内核主存管理§4.5虚拟存储技术§4.6虚拟页式存储管理§4.7虚拟段式存储管理§4.8存储管理实例§4.5虚拟存储技术§4.5.1程序局部性原理§4.5.2虚拟存储的实现虚拟内存技术(VirtualMemory)诞生于1961年。广泛使用是从上个世纪70年代初以后，今天几乎所有的操作系统都采用虚拟内存技术来管理内存。这是一种利用虚拟存储器来逻辑扩充物理内存的技术。其基本思想是用软硬件技术把内存与外存这两级存储器当成

2、一级存储器来用，从而给用户提供了一个比内存也比任何应用程序大得多的虚拟存储器，使得用户编程时再也不用考虑内存大小的限制了，给用户编程带来极大的方便。虚拟内存技术的实现也利用了自动覆盖和交换技术。§4.5.1程序局部性原理1.局部性原理(principleoflocality)：指程序在执行过程中的一个较短时期内，所执行的指令地址和指令的操作数地址，分别局限于一定区域。2.局部性主要表现：时间局部性：是指一段指令在某一时间段内会被反复执行。即程序某一部分的数据或指令被重复性地访问，它们对应于程序结构中的循环、子程序、常用到的变量及数据等；空间局部

3、性：是指一旦某一个存储单元被访问，那么它附近的单元也将很快被访问。这对应于程序结构中的顺序执行的指令、线性数据结构以及在相邻位置存放的数据或变量等。而程序中的分支和调用子程序只是将程序的访问空间从一处移到另外一处，仍具有局部性。排他性：程序运行不但体现在时间、空间的局部性，还体现在某些程序段执行的排他性。即程序设计者编程时要考虑程序执行时所能遇到的各种情况，但具体到一次程序的执行，并不会发生所有的状况。因而某些程序段在进程整个运行期间，可能根本不使用，如出错处理、分支语句等。因而，没有用到的程序段就不必调入内存。另外，有些程序段仅执行一次，以后

4、就再也不会用到，这样的程序段也没有必要一直占用内存空间。综上所述：程序只要装入内存一部分就可以运行，当用到不在内存的部分时，再将其装入内存。换句话就是说程序全部装入内存并不是程序运行的必要条件。§4.5.2虚拟存储的实现1.虚拟存储技术如果把程序部分装入内存，其余大部分放在外存，而程序又能运行，这样我们就拥有了一个比有限的实际内存空间大得多的、逻辑的虚拟内存空间。即用大容量的外存来模拟内存，这种存储模式就称之为虚拟存储技术。2.虚拟技术实现的关键(1)怎样才能发现欲执行的指令或数据不在内存?简单有效方法就是进行标识(2)怎样将不在内存的部分调入

5、进来。通常系统采用中断技术完成调入工作。(3)在内存中的作业如何组织？一个进程可被分为多次调入内存，这样很难保证进程在内存中占据一个连续的空间，实际上进程在内存中是离散存储的。虚拟技术进一步说明系统要提供必要的硬件支持，如虚拟页式存储中的页表机制、缺页中断机构以及相应的地址变换机构。虚拟存储技术是将内存与外存有机地结合在一起，从而得到一个容量很大的虚拟空间。使用户感到有一个很大的内存，不用再考虑内存的容量限制。虚存虽然比内存要大得多，但不可能无限大，其大小要受到外存空间的限制以及CPU地址所能表示范围的限制。大程序：可在较小的可用内存中执行较大

6、的用户程序；大的用户空间：提供给用户可用的虚拟内存空间通常大于物理内存(realmemory)并发：可在内存中容纳更多程序并发执行；易于开发：与覆盖技术比较，不必影响编程时的程序结构3.引入虚拟存储技术的好处总容量不超过物理内存和外存交换区容量之和。其运行速度接近于内存，每位的成本又接近于外存，是一种性能非常优越的存储管理技术4.虚拟存储技术的特征不连续性：物理内存分配的不连续，虚拟地址空间使用的不连续（数据段和栈段之间的空闲空间，共享段和动态链接库占用的空间）部分交换：与交换技术相比较，虚拟存储的调入和调出是对部分虚拟地址空间进行的；大空间：

7、通过物理内存和快速外存相结合，提供大范围的虚拟地址空间虚拟存储技术的种类：虚拟页式虚拟段式虚拟段页式§4.6虚拟页式存储管理§4.6.1虚拟页式存储的实现§4.6.2页面分配策略§4.6.3页面置换方法§4.6.4虚拟页式存储的优缺点返回1.基本原理系统自动地将作业的地址空间分页，将系统的主存空间分块，页与块等大小。在作业运行前，只把初始需要的一部分页面装入内存块里，运行中需要访问自己地址空间中的但当前不在内存的页面时产生缺页中断，由缺页中断服务程序将所需的页面调入内存。若此时内存中没有空闲物理块安置请求调入的新页面，则系统按预定的置换策略自动

8、选择一个或一些在内存的页面，把它们换出到外存。这里的请求调入和置换功能都是比实分页存储管理增加的内容，是实现虚拟存储的主要功能。§4.6.1虚拟页式存