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[计算机操作系统第六章
第六章 虚拟存储器 虚拟存储器的基本概念 请求分页存储管理方式 页面置换算法 请求分页系统的性能分析 请求分段存储管理方式 第六章 虚拟存储器 6.1 虚拟存储器的基本概念 6.1.1 虚拟存储器的引入 6.1.2 虚拟存储器的实现方式 6.1.3 虚拟存储器的特征 6.1.1 虚拟存储器的引入 局部性原理 早在1968年, Denning.P就曾指出 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 过程调用将会使程序的执行轨迹由一部分区域转至另一部分区域, 但经研究看出,过程调用的深度在大多数情况下都不超过5 6.1.1 虚拟存储器的引入 局部性原理 早在1968年, Denning.P就曾指出 程序中存在许多循环结构, 这些虽然只由少数指令构成, 但是它们将多次执行 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 6.1.1 虚拟存储器的引入 局部性原理 局部性又表现在下述两个方面 时间局部性: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。产生时间局限性的典型原因,是由于在程序中存在着大量的循环操作。 空间局部性: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,其典型情况便是程序的顺序执行。 6.1.1 虚拟存储器的引入 虚拟存储器的定义 所谓虚拟存储器, 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,而每位的成本却又接近于外存。 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、 小型机器和微型机中。 6.1.2 虚拟存储器的实现方式 分页请求系统 在分页系统的基础上,增加了请求调页、页面置换功能形成的页式虚存系统 允许只装入若干页的用户程序和数据就启动运行 硬件支持:请求分页的页表机制;缺页中断机构;地址变换机构 软件支持:OS的请求调页和页面置换算法 6.1.2 虚拟存储器的实现方式 分段请求系统 在分段系统的基础上,增加了请求调段、分段置换功能形成的段式虚存系统 允许只装入若干段的用户程序和数据就启动运行 硬件支持:请求分段的段表机制;缺段中断机构;地址变换机构 软件支持:OS的请求调段和分段置换算法 6.1.3 虚拟存储器的特征 离散性 采用离散方式分配内存 多次性 多次性是指一个作业被分多次调入内存 对换性 指允许在作业的运行过程中换进、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远大于实际容量 6.2 请求分页存储管理方式 6.2.1 请求分页中的硬件支持 6.2.2 页面分配 6.2.1 请求分页中的硬件支持 页表机制 状态位P:指示该页是否已调入内存 访问字段A:本页最近一段时间内访问次数 修改位M:该页调入后是否修改过 外存地址:外存中的物理块号 6.2.1 请求分页中的硬件支持 缺页中断机构 作为中断,具有保护CPU环境、分析中断原因、转入缺页中断处理程序、恢复CPU等步骤,但有其特殊处: 在指令执行期间产生和处理中断信号 一条指令执行期间可能产生多次缺页中断 6.2.2 页面分配 最小物理块数 最小物理块数是指能保证进程正常运行所需的最小物理块数。 最少物理块数与计算机的硬件结构有关,取决于指令的格式、 功能和寻址方式 如,采用直接寻址方式至少需要2块物理块,采用间接寻址则至少需要3块物理块 6.2.2 页面分配 页面分配和置换策略 固定分配局部置换(Fixed Allocation, Local Replacement) 可变分配全局置换(Variable Allocation, Global Replacement) 可变分配局部置换(Variable Allocation, Local Replacemen 6.2.2 页面分配 分配算法 平均分配算法 按比例分配算法 页面总数S 每个进程的物理块数bi bi应该取整,它必须大于最小物理块数 考虑优先级的分配算法 6.2.3 页面调入策略 何时调入页面 预调页策略:一种以预测为基础的预调页策略,如在VMS中将被请求页面及其相邻的几个页面同时调入内存 请求调页策略:在发生缺页时提出调页请求。请求的页面一定会被访问,且易于实现,但增加系统开销 6.2.3 页面调入策略 从何处调入页面 系统拥有足够的对换区空间:全部从对换区调入 系统缺少足够的对换区空间:凡是不会被修改的文件,都直接从文件区调入,不必再将它们换出;可能被修改的文件换出时调到对换区 6.2.3 页面调入策略 从何处调入
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