第5章 虚拟存储器讲述.ppt

第五章 虚拟存储器 重点 理解虚拟存储器的基本概念 掌握请求分页系统的基本原理 掌握页面置换算法 页面抖动的工作集模型 难点 请求分页系统的地址转换 页面置换算法 第五章 虚拟存储器 知识点 虚拟存储器的基本概念、特征 页面置换技术 请求分页系统，页表机制、地址变换 页面置换算法 页面抖动工作集模型 5.1 虚拟存储器概述 5.1.1 常规存储管理方式的特征和局部性原理 5.1.2 虚拟存储器的定义和特征 5.1.3 虚拟存储器的实现方法 5.1.1 常规存储管理方式的特征和局部性原理 5.1.1 常规存储管理方式的特征和局部性原理 程序装入内存时可能出现的问题 程序太大，要求的空间超出了内存总容量 大量作业要求运行，但内存不能容下所有作业 常规存储器管理方式的特征 一次性 要求作业全部装入内存才能运行 驻留性 程序装入内存后便一直驻留内存，直至运行结束 5.1.1 常规存储管理方式的特征和局部性原理 局部性原理（1968年， Denning.P） 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； 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 5.1.1 常规存储管理方式的特征和局部性原理 局限性的表现 时间局限性 某条指令被执行= 不久以后该指令可能再次执行 数据被访问过=不久以后该数据可能再次被访问 典型原因：因在程序中存在着大量循环操作 空间局限性 存储单元被访问=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 典型情况：程序的顺序执行。 5.1.1 常规存储管理方式的特征和局部性原理 虚拟存储器的基本工作情况 程序、数据、堆栈的大小可以超过内存的大小，操作系统把程序当前使用的部分保留在内存，而把其它部分保存在磁盘上，并在需要时在内存和磁盘之间动态交换。 虚拟存储器支持多道程序设计技术 5.1.2 虚拟存储器的定义和特征 虚拟存储器定义 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，而其成本却又接近于外存。 注意：虚拟存储器的最大容量是由计算机的地址结构确定的。如：若CPU的有效地址长度为32位，则程序可以寻址范围是0～(232-1) ，即虚存容量为 4GB。 5.1.2 虚拟存储器的定义和特征 虚拟存储器的特征 多次性 一个作业被分成多次调入内存运行 对换性 允许在作业的运行过程中进行换进、换出 虚拟性 能够从逻辑上扩充内存容量，使用户所看到的内存容量远大于实际内存容量 注意：以CPU时间和外存空间换取昂贵内存空间，这是操作系统中的资源转换技术。 5.1.3 虚拟存储器的实现方法 虚拟存储器的实现 建立在离散分配的存储管理方式基础上。 主要实现方式 请求分页系统 请求分段系统 5.1.3 虚拟存储器的实现方法 请求分页系统：在分页系统的基础上增加了请求调页功能和页面置换功能 硬件支持 页表机制。在纯分页的页表机制上增加若干项而形成的，作为请求分页的数据结构； 缺页中断机构。每当用户程序要访问的页面尚未调入内存时 便产生一缺页中断，以请求OS将所缺的页调入内存； 地址变换机构。在纯分页地址变换机构的基础上发展形成的 软件支持 实现请求调页的软件和实现页面置换的软件 5.1.3 虚拟存储器的实现方法 请求分段系统 系统同样需要必要的硬件支持： 段表机制。在纯分段的段表机制基础上，增加若干项而形成的； 缺段中断机构。每当用户程序所要访问的段尚未调入内存时，产生一缺段中断，请求OS将所缺的段调入内存； 地址变换机构。与请求调页类似，实现请求调段和置换功能也需要得到OS的支持。 5.2 请求分页存储管理方式 5.2.1 请求分页中的硬件支持 5.2.2 请求式分页中的内存分配 5.2.3 页面调入策略 5.2.1 请求分页中的硬件支持 系统需要解决的问题 如何获知进程当前所需页面不在主存？ 如何把所缺页面调入主存？ 采用什么策略选择欲淘汰的页面？ 当主存中没有空闲的页框时，为了要接受一个新页，需要把老的一页淘汰出去。 5.2.1 请求分页中的硬件支持 请求页表机制 状态位P（中断位）指示该页是在内存还是在外存 访问位A 用于记录本页在一段时间内被访问的次数或记录本页在最近多长时间未被访问 修改位M 表示该页在内存中是否被修改过 外存地址 该页在外存上的地址，通常是物理块