操作系统第6章虚拟存储器管理剖析.ppt

第6章 虚拟存储器管理 内蒙古大学计算机学院 2002年8月 6.1 虚拟存储器的基本概念 传统的内存管理方式要求将一个作业全部 装入内存才可以运行，由此造成了以下两种情况： 大作业对内存的要求超出物理内存总容量，致使其无法运行 内存由于容量的限制，只能装入少量的作业使其运行，而其它大量作业留在外存上 6.1 虚拟存储器的引入 由来: 传统思路:进程必须全部进入内存,直至运行结束 6.1.1 虚拟存储器的引入（续） 局部性原理：程序在执行过程中的一个较短时期，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。 引入：在程序装入时，不必将其全部读入到内存，而只需将当前需要执行的部分页或段读入到内存，就可让程序开始执行。 在程序执行过程中，如果需执行的指令或访问的数据尚未在内存（称为缺页或缺段），则由处理器通知操作系统，将相应的页或段调入到内存，然后继续执行程序。 6.1.1 虚拟存储器的引入（续） 虚拟存储器概念: 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进行扩充的一种存储系统。它不是一个实际的物理存储器,而是一个容量可以非常大的存储器的逻辑模型,在该模型的支撑下,把程序的一部分装入内存便可以执行。 虚拟的: 大小由OS决定 逻辑模型: 概念,原理,技术解决方案,具体实现 部分执行 6.1.2 虚拟存储器实现方式 实现原理 进程运行只装入部分程序和数据 在外存保留完整副本 运行中动态调整进程在内存中的部署 技术难点 如何确定和记录当前哪些部分在内存 执行中访问不在内存的指令和数据时如何处理 从外存中调入某页时,内存中空间不够如何处理 优点: 利用率高，方便用户，对多道程序运行有较强的支持 有两种典型虚拟存储器实现方式 6.1.2 虚拟存储器实现方式(续) 一、分页请求系统 基本思想 分页管理,装入少量页运行,缺页故障后调整 页表结构进行了调整: 页号 + 标志位 + 块号 + 外存地址 地址转换: 正常地址转换 缺页时:缺页中断 6.1.2 虚拟存储器实现方式（续） 二、请求分段系统 基本思想 装入部分段 动态装入或调出段 段表结构进行了扩充: 段号 + 主存起址 + 长度 + 辅存起址 +标志位 +扩充位 … 缺段中断机构 地址变换机构 6.1.3 虚拟存储器的特征 离散性 在内存分配时采用离散分配方式 多次性 一个作业被分成多次地调入内存运行 对换性 允许作业在运行过程中换进、换出 虚拟性 从逻辑上扩充内存容量，使用户可使用的内存空间大于实际物理内存。 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 6.2.3 页面调入策略 6.2.1 请求分页中的硬件支持 为了实现请求分页，系统要提供一定的硬件支持。除了一定容量的内存和外存，还需要有：页表机制、缺页中断机构和地址变换机构。 6.2.1 请求分页中的硬件支持 请求分页系统的页表结构 6.2.1 请求分页中的硬件支持 二、缺页中断机构 在地址映射过程中，在页表中发现所要访问的页不在内存，则产生缺页中断。操作系统接到此中断信号后，就调出缺页中断处理程序，根据页表中给出的外存地址，将该页调入内存，使进程继续运行下去。 如果内存中有空闲块，则分配一页，将新调入页装入内存，并修改页表中相应页表项目的状态位及相应的内存块号。 若此时内存中没有空闲块，则要淘汰某页，若该页在内存期间被修改过，则要将其写回外存。 6.2.1 请求分页中的硬件支持 三、地址变换机构 请参看P170 图6-2 1、在地址变换时，首先检索快表，试图从中找到要访问的页。如找到，修改其访问位。对于“写”指令，还要设置修改位的值。 如未找到，则转3。 2、利用页表项中的物理块号和页内地址，形成物理地址。 3、查找页表，找到页表项后，判断其状态位P，查看该页是否在内存中。如果在，则将该页写入快表（若快表已满，则应该先调出某个或某些页表项）。如果不在，则产生缺页中断，由OS从外存将该页调入内存。 6.2.2 页面分配 在为进程分配物理块时，要解决下列的三个问题：1、保证进程可正常运行所需要的最少物理块数 2、每个进程的物理块数，是固定值还是可变值 3、不同进程所分配的物理块数，是采用平均分配算法还是根据进程的大小按照比例予以分配。 6.2.2 页面分配 二、页面分配和置换策略 在请求分页中，可采取两种分配策略，即固定和可变分配策略。在进行置换时，也可采取两种策略，即全局置换和局部置换（置换范围不同）。于是组合出三种适用的策略： 1、固定分配局部置换 思路：分配固定数目的内存空间，在整个运行期间都不改变 策略：如果缺页，则先从该进程在内存的页面中选中一页，进行换