第9篇虚拟存储系统.ppt

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定义:将主存空间与辅存空间统一编址,组成逻辑地址空间,即虚拟存储器,目的是扩大主存容量。 基本原理(局部性原理) 用户使用逻辑地址(虚地址)空间编程; 操作系统进行程序调度、存储空间分配、地址转换等相关工作; 系统以物理地址(实地址)访问主存。 Cache 与虚存的异同 相同点 出发点相同,提高存储系统的性能; 原理相同,程序运行时的局部性原理; 不同点 侧重点不同,一个解决速度问题,一个解决容量问题; 数据通路不同,CPU与cache有直接通路,而与虚存没有; 透明性不容,cache完全透明,虚存对系统程序员不透明; 未命中时损失不同,cache损失小,虚存损失大。 主、外存基本信息传送方式:页式、段式和段页式. 1、页式虚拟存储器 基本原理:根据存储器物理结构以页为单位分配主存和虚拟存储器,称为实页(物理页)和虚页(逻辑页),实、虚页大小相等; 地址组成:(物理/逻辑)页号地址(高位)+页内地址; 建立页表:虚地址页号与实地址页号的对照表,由操作系统建立,存放主存。其内容按虚页号顺序排列,长度为程序的虚页数。 盘号:该页在磁盘中的起始地址; 装入位:该页是否调入主存判断位,为”1”表示已调入; 修改位:指出虚页内容在主存中是否被修改过; 替换控制位:与替换策略有关; 读写保护位:指出该虚页的读写允许权限; 实页号:指出虚页分配在主存中的位置:实地址页号. 设置一个页表基址寄存器:存放当前运行程序的页表的起始地址。 虚实地址转换过程: 存储管理模块读页表起始地址到页表基址寄存器; 页表基址寄存器+虚页号拼成页表索引地址; 查找该页在页表中信息字; 检测装入位,若为”1”,则形成实地址:读取实页号作为实地址高位地址,虚地址的页内行地址作为实地址低,CPU以此访问主存; 若检测装入位 为”0”,以中断方式把虚地址指示的一页内容从辅存调入主存,再提供给CPU访问. 主存已满:执行替换算法(随机算法、先进先出、最近最少使用算法、最久没有使用算法、最优替换算法),调出淘汰的主存页,写入磁盘,再将所需页调入主存。 建立快、慢页表,提高按虚地址访存速度。 优点:操作简单,开销小; 缺点:页的长度固定,程序的长度不一定正好是页面的整数倍,不利于程序执行与保护,零头也会浪费。 例10:在页式虚拟存储器中,若主存容量为4MB,虚存容量为1GB,则虚地址和物理地址各为多少位? 页面容量为4KB,,则页表长度为多少行? 2、段式虚拟存储器 将程序按照逻辑结构分成若干段,各段大小可变; 建立段表: 段起址:当该段装入主存时,记录其在主存中的起始地址。 虚地址组成:段号(高位)+段内地址(低位); 虚实地址转换过程: 优点:便于程序运行; 缺点:存储管理复杂,存储空间利用率低。 3、段页式虚拟存储器 将程序按照逻辑结构分成若干段,各段再分成大小相同的页; 主存按页划分,大小与虚页同,以页为单位装入; 建立段表和页表。 虚实地址转换过程: * 第9章 虚拟存储系统 虚拟存储器 读写保护位 修改位 替换控制位 … 1 0 实页号 装入位 盘号(块)号 虚页号 逻辑页号 页内地址 物理页号 页内地址 程序虚地址 实地址 页表基地址 页表 页表地址 页表索引地址 页表基址寄存器 答: 物理地址:22位 虚地址:30位 虚页号字段位数18,页表长度218行。 其他 段起址 段长 … 2 1 0 装入位 段号 段号 段内地址 主存地址 虚地址 实地址 段表基地址 段表 段表地址 段表基址寄存器 + 段号 页内地址 页内地址 虚地址 实地址 段表起始地址A 段表N 段表基址寄存器组 + 段表起始地址N 基号 段内页号 + 实页号 页表M 多道段页式地址映像 每个程序都有一张页表,多道就有多个页表。 页式应用比较广泛,优点:操作简单,开销小;缺点.页的长度固定,程序的长度不一定正好是页面的整数倍.,零头回浪费.若不在主存以缺页中断的方式将所需内容调入主存。 快、慢表提高查表速度,部分计算机使用。 段式面向程序 书上例子。

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