3.5虚拟存储器-吴学涯教程.pptx

3.5 虚拟存储器;3.5.1 虚拟存储器基本原理;1. 什么是虚拟存储器;;;;;主存－外存层次和Cache－主存层次的相同之处 基于程序局部性原理 遵循的原则 ⑴把程序中最近常用的部分驻留在高速的存储器中 ⑵一旦这部分变得不常用了，把它们送回低速存储器 ⑶这种换入换出由硬件或操作系统完成，对用户是透明的 ⑷使存储系统性能接近高速存储器，价格接近低速存储器 两种存储系统的主要区别 虚拟存储器中未命中的性能损失，远大于Cache系统中未命中的损失;2. 主存－外存层次的基本信息传送单位;;;;;3.5.2 页式虚拟存储器;虚存地址-实存地址的变换通过存放在主存中的页表实现 在页表中，对应每一个虚存逻辑页号有一个表项 表项内容包含该逻辑页所在的主存页面地址（物理页号），用它作为实存地 址的高字段，与虚存地 址的页内地址字段相拼 接，产生完整的实存地 址，据???来访问主存 地址变换（FLASH演示）;页表中的表项除包含虚页号对应的实页号之外，还包括装入位、修改位、替换控制位等控制字段 若装入位为“1”，表示该页面已在主存中 将对应的实页号与虚地址中的页内地址相拼接得到完整的实地址 若装入位为“0”，表示该页面不在主存中 启动I/O系统把该页从外存中调入主存后再供CPU使用 修改位指出主存页面中的内容是否被修改过，替换时是否要写回外存 替换控制位指出需替换的页，与替换策略有关;CPU访存时首先要查页表，为此需要访问一次主存 若不命中，还要进行页面替换和页表修改，则访问主存的次数就更多了 为将访问页表的时间降低到最低，将页表分为快表和慢表 将当前最常用的页表信息存放在快表中，作为慢表部分内容的副本 快表很小，存储在一个小容量的快速存储器中 该存储器是按内容查找的相联存储器 可按虚页号名字进行查询，迅速找到对应的实页号;;快表由硬件组成，比页表小得多 查表时，由逻辑页号同时去查快表和慢表 在快表中有此逻辑页号时， 能很快找到对应物理页号送入实主存地址寄存器 做到虽采用虚拟存储器但访主存速度几乎没下降 如果在快表中查不到， 要花费一个访主存时间去查慢表，查到物理页号送入实存地址寄存器 并将此逻辑页号和对应的物理页号送入快表，替换快表中应该移掉的内容（这也要用到替换算法）;页式虚拟存储器 优点 每页长度固定 页表建立很方便 新页的调入容易实现 缺点 程序不可能正好是页面的整数倍，最后一页的零碎空间无法利用造成浪费 页不是逻辑上独立的实体，程序的处理、保护和共享比较麻烦;3.5.3 段式虚拟存储器;为把程序虚地址变换成主存实地址，需要一个段表 段表一般驻留在主存中 每一行记录某个段对应的段号、装入位、段起点和段长 段号指的是虚拟段号 装入位为“1”表示该段已调入主存；为“0”表示该段不在主存中 段的大小可变，段表中要给出各段的起始地址与长度 段表实际上是程序的逻辑结构段与其在主存中存放位置间的关系对照表 段表也是一个段，可保存在外存中，一般驻留在主存中;;段式虚拟存储器的虚－实地址变换（FLASH演示） CPU根据虚地址访存时，首先将段号与段表的起始地址相拼接，形成访问段表对应行的地址 然后根据段表的装入位判 断该段是否已调入主存 若已调入主存，则从段 表读出该段在主存中的 起始地址，与段内地址 （偏移量）相加，得到 对应的主存实地址;;3.5.4 段页式虚拟存储器;;3.5.5 替换算法;;;【例3-2】假设主存只有a,b,c三个页框，组成a进c出的FIFO队列，进程访问页面的序列是0,1,2,4,2,3,0,2,1,3,2号。若采用①FIFO算法，②FIFO算法+LRU算法，用列表法分别求两种替换策略情况下的命中率。 【解】;FIFO算法只是依序将页面在队列中推进，先进先出，最先进入队列的页面由c页框推出（被替换掉） 当FIFO算法结合LRU算法时，命中后将这个命中的页面移到a页框，从而延长该页面在队列中的存在时间