操作系统ch4.5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(1) 为什么要引入虚拟存储器? 虚拟存储器的基本思路。 “部分装入、部分对换”。 虚拟存储管理的概念(2) 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”。 虚拟存储管理的概念(3) 虚拟存储器是为扩大主存而采用的一种设计技巧，它的容量与主存大小无直接关系，而受限于计算机的地址结构及可用的辅助存储器的容量。 虚拟存储管理的概念(4) 虚拟存储器的概念图 虚拟存储管理的概念(5) 作业信息不全部装入主存，能否保证作业的正确运行？ 回答是肯定的,1968年P.Denning研究了程序执行时的局部性原理。 虚拟存储管理的概念(6) 程序的局部性原理： 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。 虚拟存储管理的概念(7) 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，程序包含若干循环，是由相对较少的指令组成，在循环过程中，计算被限制在程序中很小的相邻部分中。 虚拟存储管理的概念(8) 第三，很少出现连续的过程调用，相反，程序中过程调用的深度限制在小范围内，一段时间内，指令引用被局限在很少几个过程中。 第四，对于连续访问数组之类的数据结构，往往是对存储区域中相邻位置的数据的操作。 第五，程序中有些部分是彼此互斥的，不是每次运行时都用到的，如出错处理程序。 虚拟存储管理的概念(9) 实现虚拟存储器必须解决好以下 有关问题： ?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。 虚拟存储管理的概念(10) 虚拟存储管理主要采用以下技 术实现： ?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，对内存单元进行寻址。 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。 2请求分页虚拟存储系统的基本原理(1) 分页式虚拟存储系统是将作业信息的副本存放在磁盘中，当作业被调度投入运行时，不把作业的程序和数据全部装入主存，而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，再把它们动态地装入 。 请求分页虚拟存储系统的基本原理(2) 怎样才能发现页面不在内存中呢?怎样处理这种情况呢? 采用的办法是：扩充页表的内容,增加驻留标志位和页面辅存的地址等信息。 页式虚拟存储管理页表扩展(1) 页式虚拟存储管理页表扩展(2) 驻留标志位(又称中断位) 修改位（Modified） 引用位（Renferenced） 访问位 Linux的页表项的主要内容 PRESENT位 RWFOE位 USER位 WT位 PCD位 ACCESSED位 DIRTY位 4M位 PFN 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) 请求页式存储管理 IBM/370系统的VS/1，VS/2和VM/370， Honeywell 6180的MULTICS UNIVAC系列70/64的VMS 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内存中，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 页面装入策略和清除策略(1) 页面装入主存,有两种策略： ?请页式调度 ?预调式调度 页面装入策略和清除策略(2)请页式调度 需要访问程序和数据时，才把所在页面装入主存。根据局部性原理,一段时间后,缺页中断会下降到很低水平,程序进入相对平稳阶段。 缺点是处理缺页中断和调页的系统开销较大，每次仅调一页,增加了磁盘I/O