ch4-4.5虚拟存储管理.ppt

4.5虚拟存储管理 4.5.1 虚拟存储管理的概念 4.5.2 请求分页虚拟存储管理4.5.3 请求分段虚拟存储管理 4.5.4 请求段页式虚拟存储管理 4.5.1 虚拟存储管理的概念 为什么要引入虚拟存储器? 实现虚拟存储器的基本思路。 虚拟存储器的定义： 在具有层次结构存储器的计算机系统中，采用自动实现部分装入和部分对换功能，为用户提供一个比物理主存容量大得多的，可寻址的一种“主存储器”。 虚拟存储器的概念图  程序局部性原理(1) 指程序在执行过程中的一个较短时间内，所执行的指令地址或操作数地址分别局限于一定的存储区域中。又可细分时间局部性和空间局部性。 程序局部性原理 (2) 第一，程序中只有少量分支和过程调用，大都是顺序执行的指令； 第二，程序含有若干循环结构，由少量代码组成，而被多次执行； 第三，过程调用的深度限制在小范围内，因而，指令引用通常被局限在少量过程中； 第四，涉及数组、记录之类的数据结构，对它们的连续引用是对位置相邻的数据项的操作； 第五，程序中有些部分彼此互斥，不是每次运行时都用到。 实现虚拟存储器须解决的问题 ?主存辅存统一管理问题、 ?逻辑地址到物理地址的转换问题、 ?部分装入和部分对换问题。 虚拟存储管理实现技术 ?请求分页虚拟存储管理 ?请求分段虚拟存储管理 ?请求段页式虚拟存储管理 4.5.2分页式虚拟存储系统 1?分页式虚拟存储系统的硬件支撑(1) 主存管理单元MMU完成逻辑地址到物理地址的转换功能，它接受虚拟地址作为输入，物理地址作为输出，直接送到总线上，对主存单元进行寻址。 分页式虚拟存储系统的硬件支撑(2) MMU主要功能 (1)管理硬件页表基址寄存器。 (2)分解逻辑地址。 (3)管理快表TLB。 (4)访问页表。 (5)发出缺页中断或越界中断，并将控制权交给内核存储管理处理。 (6)设置和检查页表中各个特征位。 缺页中断处理的过程 步1 挂起请求缺页的进程； 步2 根据页号查外页表，找到该页存放的磁盘物理地址； 步3 查看主存是否有空闲页框，如有则找出一个，修改主存管理表和相应页表项内容，转步6；， 步4 如主存中无空闲页框，按替换算法选择淘汰页面，检查它曾被写过或修改过吗？若未则转步6；若是则转步5； 步5 该淘汰页面被写过或修改过，则把它的内容写回磁盘原先位置； 步6 进行调页，把页面装入主存所分配的页框中，同时修改进程页表项； 步7 返回进程断点，重新启动被中断的指令。 2请求分页虚拟存储系统的基本原理 分页式虚存不把作业信息(程序和数据)全部装入主存，仅装入立即使用的页面，在执行过程中访问到不在主存的页面时，产生缺页中断，再从磁盘动态地装入 。 怎样才能发现页面不在主存中呢?怎样处理这种情况呢? 采用的办法是：扩充页表的内容,增加驻留标志位等信息。 页式虚拟存储管理页表扩展 驻留标志位(又称中断位) 修改位（Modified） 引用位（Renferenced） 外页表 页面与磁盘物理地址的对应表，由操作系统管理，进程启动运行前系统为其建立外页表，并把进程程序页面装入辅存。 该表按进程页号的顺序排列，为节省主存，外页表可存放在磁盘中，当发生缺页中断需要查用时才被调入。 请求分页虚存地址转换过程(1) 请求分页虚存地址转换过程(2) 请求页式虚拟存储系统优缺点 ?优点：作业的程序和数据可按页分散存放在主存中，减少移动开销，有效解决了碎片问题;既有利于改进主存利用率，又有利于多道程序运行。 ?缺点：要有硬件支持，要进行缺页中断处理，机器成本增加，系统开销加大。 3 页面装入策略和页面清除策略 页面装入主存,有两种策略： ?请页式调度 ?预调式调度 何时把一个修改过的页面写回辅存储器，有两种策略： ? 请页式清除 ? 预清除。 4页面分配策略 系统为进程分配主存,需考虑因素: ①分给进程的空间越小,同一时间处于主存的进程就越多，至少有一个进程处于就绪态的可能性就越大 ②如果进程只有小部分在主存里,即使局部性很好,缺页中断率还会相当高 ③因程序的局部性原理，分给进程的主存超过一定限度后，再增加主存空间,不会明显降低进程的缺页中断率。 页面分配策略：固定分配 进程保持页框数固定不变,称固定分配; 进程创建时,根据进程类型和程序员的要求决定页框数,只要有一个缺页中断产生,进程就会有一页被替换。 页面分配策略：可变分配 进程分得的页框数可变, 称可变分配; 进程执行的某阶段缺页率较高,说明目前局部性较差，系统可多分些页框以降低缺页率，反之