第八章 操作系统课程3_2.ppt

3.4 虚拟存储器管理技术 请求页式 Demand paging 请求段式 Demand segmentation 3.4.1虚拟存储器的基本概念 局部性原理 在1968年P．Denning指出，程序在执行时将呈现出局部性规律，即在一段时间内，程序的执行仅局限于某个部分；相应地，它所访问的存储空间也局限于某个区域内。 局部性原理(principle of locality)：指程序在执行过程中的一个较短时期，所执行的指令地址和指令的操作数地址，分别局限于一定区域。还可以表现为： 时间局部性，即一条指令的一次执行和下次执行，一个数据的一次访问和下次访问都集中在一个较短时期内； 空间局部性，即当前指令和邻近的几条指令，当前访问的数据和邻近的数据都集中在一个较小区域内。 局部性原理 局部性原理的具体体现 程序在执行时，大部分是顺序执行的指令，少部分是转移和过程调用指令。 过程调用的嵌套深度一般不超过5，因此执行的范围不超过这组嵌套的过程。 程序中存在相当多的循环结构，它们由少量指令组成，而被多次执行。 程序中存在相当多对一定数据结构的操作，如数组操作，往往局限在较小范围内。 虚拟存储器的原理 虚拟存储的基本原理 在程序装入时，不必将其全部读入到内存，而只需将当前需要执行的部分页或段读入到内存，就可让程序开始执行。 在程序执行过程中，如果需执行的指令或访问的数据尚未在内存（称为缺页或缺段），则由处理器通知操作系统将相应的页或段调入到内存，然后继续执行程序。 另一方面，操作系统将内存中暂时不使用的页或段调出保存在外存上，从而腾出空间存放将要装入的程序以及将要调入的页或段――具有请求调入和置换功能，只需程序的一部分在内存就可执行，对于动态链接库也可以请求调入 引入虚拟存储技术的好处 可在较小的可用内存中执行较大的用户程序； 可在内存中容纳更多程序并发执行； 不必影响编程时的程序结构（与覆盖技术比较） 提供给用户可用的虚拟内存空间通常大于物理内存 虚拟存储器的原理 虚拟存储技术的特征 物理内存分配的不连续，虚拟地址空间使用的不连续（数据段和栈段之间的空闲空间，共享段和动态链接库占用的空间） 与交换的比较：调入和调出是对部分虚拟地址空间进行 通过物理内存和快速外存相结合，提供大范围的虚拟地址空间 范围大，但占用容量不超过物理内存和外存交换区容量之和 占用容量包括：进程地址空间中的各个段，操作系统代码 虚拟存储器是具有请求调入功能和置换功能，能仅把作业的一部分装入内存便可运行作业的存储器系统，它能从逻辑上对内存容量进行扩充的一种虚拟的存储器系统 Virtual Memory That is Larger Than Physical Memory 3.4.2 请求分页存储管理 请求分页存储管理方式是在纯分页系统的基础上，增加了请求调页功能、页置换功能所形成的页式虚拟存储系统，它是目前常用的一种虚拟存储器的方式。 它允许只装人若干页(而非全部页)的用户程序和数据，便可启动运行。以后，再通过调页功能及页置换功能，陆续地把即将要运行的页调入内存，同时把暂不运行的页换出到外存上，置换时以页为单位。 Windows、Linux使用请求分页存储管理技术。 请求分页中的硬件支持 实现请求调页和置换功能，系统必须提供必要的硬件支持：页表机制和缺页中断机构。 请求分页的页表机制：是在纯分页的页表机制上形成的，由于只将应用程序的一部分调入内存，还有一部分仍在磁盘上，故需在页表中再增加若干项，供程序(数据)在换进、换出时参考。在请求分页系统中的每个页表项如图所示。 页表 各字段含义： 状态位（中断位P）：用于指示该页是否已调入内存，供程序访问时参考。 访问字段A：用于记录本页在一段时间内被访问的次数，或最近已有多长时间未被访问，提供给置换算法选择换出页面时参考。 修改位M：表示该页在调入内存后是否被修改过。由于内存中的每一页都在外存上保留一份副本，因此，若未被修改，在置换该页时就不需将该页写回到外存上，以减少系统的开销和启动磁盘的次数；若已被修改，则必须将该页重写到外存上，以保证外存中所保留的始终是必威体育精装版副本。 外存地址：用于指出该页在外存上的地址，通常是物理块号，供调入该页时使用 缺页 Page Fault 在请求分页系统中，每当所要访问的页面不在内存时，便要产生一缺页中断，请求OS将所缺页调入内存。 缺页处理过程： If there is ever a reference to a page, first reference will trap to OS OS looks at another table to decide: Invalid reference ? abort. Just not in memory. Get empty