虚拟内存-计算机电脑培训.ppt

第10章 虚拟内存 10.1 虚拟内存-研究背景 第9章内存管理（实存）要求：将整个进程放在内存中（虽然覆盖和交换可以减轻这一限制，但需额外操作）。但下列情况下并不需要将整个程序放入内存中: 程序中通常的处理异常错误条件的代码 数组、链表和表通常分配了比实际所需要更多的内存 程序的某些选项或特点可能很少使用 允许执行只有部分在内存中的程序 程序不再受现有的物理内存空间限制。用户只有对一个大的虚拟地址空间写程序，简化了编程操作 提高了程序执行的并发性、CPU利用率 10.1 虚拟内存-局部性原理 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：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（一条指令被执行了，则在不久的将来它可能再被执行） 空间局部性：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。（ 若某一存储单元被使用，则在一定时间内，与该存储单元相邻的单元可能被使用) 10.1虚拟内存- -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。 10.1虚拟内存--概念 虚拟内存 将内存看成一个巨大的、统一的存储数组；总容量不超过物理内存和外存交换区容量之和 虚拟内存的实现途径 请求页面调度 （ Demand paging ） 请求分段调度（Demand segmentation） 10.1虚拟内存—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。只需程序所需的一部分在内存就可执行。 10.1虚拟内存—技术特征 大程序：可在较小的可用内存中执行较大的用户程序； 大的用户空间：提供给用户可用的虚拟内存空间通常大于物理内存(real memory)，将用户看到的逻辑内存与物理内存分开； 并发：可在内存中容纳更多程序并发执行； 易于开发：与覆盖技术比较，不必影响编程时的程序结构 部分装入：允许部分程序代码装入内存就可以执行； 10.1虚拟内存—好处 不连续性：物理内存分配的不连续，虚拟地址空间使用的不连续 部分交换：与交换技术相比较，虚拟存储的调入和调出是对部分虚拟地址空间进行的； 大空间：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 总容量不超过物理内存和外存交换区容量之和 10.1虚拟内存—实现方法(种类) 虚拟页式-请求页面调度 虚拟段式-请求段式调度 虚拟段页式 10.2 请求页面调度－基本思想 思想：在简单页式存储管理的基础上，增加请求调页和页面置换功能 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读入到内存（一个或零个页面，就可让程序开始执行。之后根据进程运行的需要，动态装入其它页面； 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），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，当内存空间已满，而又需要装入新的页面时，则根据某种算法淘汰某个页面（将内存中暂时不使用的页或段调出保存在外存上） ，而腾出空间存放将要装入的程序的页。 10.2 请求页面调度－对进程页表的修改 页表：每个进程有一个，与简单分页相比，增加了如下位： P：表示该页是否在内存中。如果在主存，则页表中还包括该页的帧号。（或称“有效－无效位”：“有效”时：页既合法、也在内存中；“无效”时：页不在进程的逻辑地址空间、或者在磁盘上） M：修改位，表示相应页的内容从上次装入主存到现在是否已经改变。 如果没有改变，则该页换出时，不需要重新写回到磁盘上 如果改变了，则该页换出时，需要重新写回到磁盘上 还有其它一些用于保护和共享的位。 10.2 请求页面调度－对进程页表的修改 10.2 请求页面调度－缺页中断处理 在地址映射过程中，在页表中发现所要访问的页不在内存，则产生缺页中断(page Fault)。 操作系统接到此中断信号后，就调出缺页中断处理程序，根据页表中给出的外存地址，将该页调入内存，使作业继续运行下