计算机操作系统第四版第5章虚拟存储器分解.ppt

第五章 虚拟存储器 第五章 虚拟存储器 5.1　虚拟存储器的基本概念 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 常规存储器管理方式的特征： 一次性　作业在运行前需一次性地全部装入内存。 驻留性　作业装入内存后，便一直驻留在内存中，直至作业运行结束。 上述特征，使许多在程序运行中不用或暂不用的程序(数据)占据了大量的内存空间，使得一些需要运行的作业无法装入运行。 5.1 虚拟存储器概述 1968年，Denning. P提出局部性原理：程序在执行时呈现出局部性规律，即在一较短时间内，程序的执行仅限于某个部分，相应地，它所访问的存储空间也局限于某个区域。(论点见P154) 局部性又表现为时间局部性和空间局部性。 时间局部性是指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，则不久以后该数据可能再次被访问。(循环) 空间局部性是指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。(程序的顺序执行) 5.1 虚拟存储器概述局部性原理 基于程序局部性原理，一个作业在运行之前，没有必要全部装入内存，而仅将那些当前要运行的那部分页面或段先装入内存，就可以启动运行。这样就可以使一个较大的程序在较小的内存空间中运行，同时还可以装入更多的程序并发执行。从用户角度来看，该系统所具有的内存容量比实际内存容量大得多。通常把这样的存储器称为虚拟存储器。 所谓虚拟存储器是指仅把作业的一部分装入内存便可运行作业的存储管理系统。它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。其逻辑容量取决于内存与外存的容量之和。其运行速度接近于内存，而其每位的成本却接近于外存。 5.1 虚拟存储器概述 多次性　指一个作业被分成多次调入内存运行。是虚拟存储器最重要的特征。 对换性　指允许在作业的运行过程中进行换进、换出。 虚拟性　指能够从逻辑上扩充内存容量，使用户看到的容量远大于实际内存容量。 5.1 虚拟存储器概述虚拟存储器的特征 1、分页请求系统（请求分页存储管理方式） 在基本分页系统的基础上，增加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。　　　 当一个用户程序要调入内存时，不是将该程序全部装入内存，而是只装入部分页到内存，就可启动程序运行。在运行的过程中，如果发现要运行的程序或要访问数据不在内存，则向系统发出缺页中断请求，系统在处理这个中断时，将外存中相应的页调入内存，该程序继续运行。当一些页调入内存时，若内存没有空闲空间，则利用页面置换功能，将内存中暂时不用的页面换出到外存上，再将这些要访问的页调入内存，该程序继续运行。 硬件支持：请求页表机制、缺页中断机构、地址变换机构 软件支持：实现请求调页功能和页面置换功能的软件 2、请求分段系统（请求分段存储管理方式） 　　类似于请求分页，以段为单位进行请求和置换。 5.1 虚拟存储器概述虚拟存储器的实现方法 页号 物理块号 状态位P 访问字段A 修改位M 外存地址 页表机制——页表中除了有页号、物理块号两项外，还需要状态位、访问字段、修改位、外存地址等信息。 状态位　指示该页是否已调入内存。 访问字段　记录本页在一段时间内被访问的次数或本页最近已有多长时间未被访问。供选择换出页面时参考。 修改位　表示该页调入内存后是否被修改过。 外存地址　指示该页在外存的地址。 5.2　请求分页存储管理方式(页式虚拟存储管理)5.2.1 硬件支持 请求页表机制 缺页中断机构——每当所要访问的页面不在内存时，便要产生缺页中断，请求操作系统将所缺的页面调入内存。 5.2.1 硬件支持缺页中断机构 缺页中断与一般中断的区别，在于在指令的执行期间产生和处理中断信号，而且一条指令执行期间，可能产生多次缺页中断（如: copy A to B ）。 缺页中断的处理过程是，保留CPU现场，分析中断原因，转入缺页中断处理程序进行处理；从外存中找到缺的页面；若内存已满，则选择一页换出；从外存读入缺页，写入内存，修改页表；中断处理完成，恢复CPU现场。 地址变换机构(见P158图5-2)（在基本分页系统具有快表的地址变换机构的基础上增加缺页处理功能） 在进行地址变换时，首先检索快表。 若找到，则直接用快表中给出的物理块号与逻辑地址中的页内地址形成物理地址。 若未找到，则应去内存中查找页表(慢表)，将有两种可能。 (1)若该页已调入内存，此时则应将该页的页表项写人快表(快表满时，调出一个页表项，然后写入)，用页表中给出的物理块号与逻辑地址中的页内地址形成物理地址； (2)若该页未调入内存，则产生缺页中断，请求操作系统从外存中调入。 5.2.1 硬件支