第五节 虚拟存储器精要.ppt

第五节 虚拟存储器 5、1 虚拟存储器的基本概念 上一节所述各种内存管理方式的一个共同特点是：要求将一个作业全部装入内存方能运行； 当出现以下两种情况时，上述管理方式就无能为力了： 1)作业很大，以致其所要求的内存空间超过了总容量； 2)有大量作业要求运行，但受内存容量所限，只能将少部分作业装入内存运行，而其它大量作业则留在外存等待； 5、1、1 虚拟存储器的引入 ★作业是否需一次性装入且长期驻留在内存？ 一、局部性原理： 程序在执行时将呈现局部性规律，即在一较短时间内，程序的执行仅限于某个部分，其所访问的内存也局限于某个区域。 ▲关于局部性论点： 1)程序执行时大多数情况下是顺序执行； 2)过程调用会使程序的执行轨迹转移，但大多数情况下过程调用的深度都不超过5； 3)程序中存在许多循环结构，其包含指令少且多次执行 4)程序中包括许多对数据结构的处理（如数组），它们往往局限于很小范围内； ▲局限性的表现： 1)时间局限性━如果程序中某条指令(或数据结构)一旦执行(被访问),则不久后该指令(数据结构)可能再次执行(被访问)； 2)空间局限性━一旦程序访问了某个存储单元，在不久后其附近的存储单元也将被访问； 二、虚拟存储器的定义： ━━指仅把作业的一部分装入内存便可以运行作业的存储器系统；具体说，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器系统。用户可以感觉到的内存比实际的内存容量大的多。 5、1、2 实现方式 ★虚拟存储器的实现都毫无例外的建立在离散分配的存储管理方式发基础上。 一、请求分页系统： 在分页系统的基础上，增加了请求调页功能、页面置换功能所形成的页式虚拟存储系统。 必要的硬件支持： 1)请求分页的页表机制：纯分页的页表上增加若干项； 2)缺页中断机构：缺页时产生中断请求，OS调入页面； 3)地址变换机构：基于纯分页的地址变换机构而发展； 二、请求分段系统： 在分段系统的基础上，增加了请求调段功能及分段置换功能后，形成的段式虚拟存储系统。它允许只装入若干段的用户程序和数据，即可启动运行。 系统所需的必要的硬件支持： 1)请求分段的段表机制：纯分段的段表上增加若干项； 2)缺段中断结构：当访问的段不在内存时，请求中断； 3)地址变换机构； 三、虚拟存储器的特征： 1)离散性━分配内存时采用离散分配方式，是基础； 2)多次性━一个作业可以被分成多次装入内存； 3)对换性━允许在作业的运行过程中换进、换出； 4)虚拟性━从逻辑上扩充内存容量，而非增加物理内存； 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 一、页表机制：每个页表项如下： 1)状态位(存在位)P：用于指示该页是否已调入内存； 2)访问字段A：记录本页在一段时间内被访问的次数； 3)修改位M：记录该页在调入内存后是否被修改过； 4)外存地址：指出该页在外存上的地址（簇号）； 二、缺页中断结构： 缺页中断是一种特殊的中断，与一般中断之区别： 1)在指令执行期间产生和处理中断信号； 2)一条指令在执行期间，可能产生多次缺页中断； 5、2、2 页面分配 为进程分配物理块时将涉及三个问题： 1)保证进程能正常运行的最少物理块数是多少？ 2)为进程分配的物理块数是固定的还是可变的？ 3)对各进程分配物理块数是平均还是按大小比例分配？ 一、最少物理块数： 进程应获得的最少物理块数与计算机硬件结构有关，取决于指令的格式、功能和寻址方式；简单机器最少2块，指令长度是两个以上字节，且源、目标地址所涉及的区域也可能跨两个页面，则最少6块； 二、页面分配和置换策略： 1)固定分配局部置换━为每个进程分配固定数内存块； 2)可变分配全局置换━空闲块分配完时全局有哪些信誉好的足球投注网站置换； 3)可变分配局部置换━空闲块分配完时，缺页的进程只允许从本进程所分空间中选择一页置换出去； 三、分配算法： 1)平均分配算法： 将系统中所有可用物理块平均分配给各进程，而不考虑各进程的实际大小； 2)按比例分配算法： 根据各进程大小按比例分配物理块，如果系统中有n个进程，每个进程的页面数为Si，则系统中总页面数为各进程页面数之和： S = ∑Si 设系统中可用物理块数为m，则每个进程能分得的物理块数为： b = m × Si /S 3)考虑优先权的分配算法： 根据各进程的优先权，在按比例分配的基础上，将一部分机动物理块增加分配给优先级高的进程。 5、2、3 页面调入策略 一、何时调入页面？ 1)预调页策略━以预测为基础的调入策略，成功率50％ 2)请求调页策略━当进程欲访问的页不在内存时，由进程立即发出中断请求； 二、从何处调入页面