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1、4.5虚拟存储管理4.5.1虚拟存储管理的概念4.5.2请求分页虚拟存储管理4.5.3请求分段虚拟存储管理4.5.4请求段页式虚拟存储管理4.5.1虚拟存储管理的概念为什么要引入虚拟存储器?实现虚拟存储器的基本思路。虚拟存储器的定义：在具有层次结构存储器的计算机系统中，采用自动实现部分装入和部分对换功能，为用户提供一个比物理主存容量大得多的，可寻址的一种“主存储器”。虚拟存储器的概念图逻辑地址空间处理器虚地址存储管理部件实地址主存辅存物理地址空间程序的局部性原理指程序在执行过程中的一个较短时间内，所执行的指令地址或操作数地址分别局限于
2、一定的存储区域中。又可细分时间局部性和空间局部性。实现虚拟存储器须解决的问题•主存辅存统一管理问题、•逻辑地址到物理地址的转换问题、•部分装入和部分对换问题。虚拟存储管理实现技术•请求分页虚拟存储管理•请求分段虚拟存储管理•请求段页式虚拟存储管理4.5.2分页式虚拟存储系统1分页式虚拟存储系统的硬件支撑(1)主存管理单元MMU完成逻辑地址到物理地址的转换功能，它接受虚拟地址作为输入，物理地址作为输出，直接送到总线上，对主存单元进行寻址。分页式虚拟存储系统的硬件支撑(2)CPUMMU内存CPU把逻辑地址送至MMUMMU把物理地址送至主存
3、MMU的位置、功能和16个4KB页面情况下MMU的内部操作CPU送入的逻辑地址(8196)0010000000000100110000000000100MMU送出的物理地址00101100112110130001410015011160000700008101190000…页号页框号在主存否MMU主要功能(1)管理硬件页表基址寄存器。(2)分解逻辑地址。(3)管理快表TLB。(4)访问页表。(5)发出缺页中断或越界中断，并将控制权交给内核存储管理处理。(6)设置和检查页表中各个特征位。2请求分页虚拟存储系统 的基本原理分页式虚存不把作
4、业信息(程序和数据)全部装入主存，仅装入立即使用的页面，在执行过程中访问到不在主存的页面时，产生缺页中断，再从磁盘动态地装入。怎样才能发现页面不在主存中呢?怎样处理这种情况呢?采用的办法是：扩充页表的内容,增加驻留标志位和页面辅存的地址等信息。页式虚拟存储管理页表扩展驻留标志位(又称中断位)修改位（Modified）引用位（Renferenced）页号驻留标志页框号辅存地址其它标志请求分页虚存地址转换过程(1)逻辑空间地址主存(用户区)CPU逻辑地址快表主存(系统区)运行进程页表辅存缺页中断处理①分解地址③⑤访问MMU②查快表③命中④
5、不命中⑤页表命中⑦发缺页中断⑧调页⑨装入、改表④查页表运行进程页表基址⑥装入快表运行进程映象进程切换时装入物理地址页框页内地址页号页内地址请求分页虚存地址转换过程(2)查快表有登记无登记查页表登记入快表发缺页中断在主存在辅存形成绝对地址继续执行指令重新执行被中断指令恢复现场调整页表和主存分配表装入所需页面主存有空闲块保护现场有选择调出页面该页是否修改未修改已修改把该页写回辅存相应位置操作系统硬件逻辑地址无请求页式虚拟存储系统优缺点•优点：作业的程序和数据可按页分散存放在主存中，减少移动开销，有效解决了碎片问题;既有利于改进主存利用率，
6、又有利于多道程序运行。•缺点：要有硬件支持，要进行缺页中断处理，机器成本增加，系统开销加大。3页面装入策略和页面清除策略页面装入主存,有两种策略：•请页式调度•预调式调度何时把一个修改过的页面写回辅存储器，有两种策略：•请页式清除•预清除:在替换之前成批写回4页面分配策略系统为进程分配主存,需考虑因素:①分给进程的空间越小,同一时间处于主存的进程就越多，至少有一个进程处于就绪态的可能性就越大。②如果进程只有小部分在主存里,即使局部性很好,缺页中断率还会相当高。③因程序的局部性原理，分给进程的主存超过一定限度后，再增加主存空间,不会明显
7、降低进程的缺页中断率。页面分配策略：固定分配进程保持页框数固定不变,称固定分配;进程创建时,根据进程类型和程序员的要求决定页框数,只要有一个缺页中断产生,进程就会有一页被替换。页面分配策略：可变分配进程分得的页框数可变,称可变分配;进程执行的某阶段缺页率较高,说明目前局部性较差，系统可多分些页框以降低缺页率，反之说明进程目前的局部性较好,可减少分给进程的页框数页面替换策略：局部替换和全局替换如果页面替换算法的作用范围是整个系统，称全局页面替换算法,它可以在运行进程间动态地分配页框。如果页面替换算法的作用范围局限于本进程，称为局部页面替
8、换算法,它实际上需要为每个进程分配固定的页框。固定分配和局部替换策略配合使用(1)•进程分得的页框数不变，发生缺页中断，只能从进程的页面中选页替换，保证进程的页框总数不变。•策略难点：应给每个进程分配多少页框?给少了,缺
