第五章虚拟存储器.pptx

第五章 虚拟存储器;第五章 虚拟存储器;5.1 虚拟存储器的基本概念 ;5.1.1 虚拟存储器的引入 ;2.局部性原理; 局限性又表现在下述两个方面： (1) 时间局限性 如果程序中的某条指令一旦执行，则不久以后该指令可能再次执行；如果某数据被访问过， 则不久以后该数据可能再次被访问。 产生时间局限性的典型原因，是由于在程序中存在着大量的循环操作。 (2) 空间局限性 一旦程序访问了某个存储单元，在不久之后，其附近的存储单元也将被访问。 程序在一段时间内所访问的地址，可能集中在一定的范围之内，其典型情况便是程序的顺序执行。 ;3.虚拟存储的定义;3. 虚拟存储的定义;;3．虚拟存储器定义 虚拟存储器：是指具有请求调入功能和置换功能，能从逻辑上对内存容量加以扩充的一种存储器系统，其逻辑容量由内存容量和外存容量之和所决定，其运行速度接近于内存速度，而成本却又接近于外存。 虚拟存储技术是一种性能非常优越的存储器管理技术，故被广泛地应用于大、中、小型机器和微型机中。; ;5.1.2 虚拟存储器的实现方法 ;二、请求分段系统 它是在纯分段系统的基础上增加了请求调段、分段置换两大功能所形成的段式虚拟存储系统。 为了实现请求调段、分段置换两大功能，系统必须提供如下的硬件支持： 1. 请求分段的段表机制。 2. 缺段中断机构。 3. 地址变换机构。 此外，实现请求调段、分段置换两大功能还需得到OS的支持。有关请求式分段的具体实施将在后面的小节中加以说明。;三、段页式虚拟系统 目前，许多虚拟存储管理系统是建立在段页式系统的基础上的，通过增加了请求调页、页面置换两大功能所形成的段页式虚拟存储系统。 如：Intel 80386处理机便支持段页式虚拟存储系统。 ;虚拟存储器具有以下主要特征： 1．多次性 多次性是指一个作业被分成多次调入内存运行。 2．对换性 对换性是指作业的运行过程中进行换进、换出。换进和换出能有效地提高内存利用率。 3．虚拟性 虚拟性是指能够从逻辑上扩充内存容量，使用户所看到的内存容量???大于实际内存容量。;虚拟存储的典型问题：抖动（thrashing）;5.2 请求分页存储管理方式 ;5.2.1 请求分页中的硬件支持 ;页描述子; 二、缺页中断机构 由上述页表机制知道，状态位记录了访问页面是否在内存。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，也称为缺页故障。OS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，使作业继续运行下去。 缺页中断是一种特殊的中断，与一般中断相比，主要表现为： ①在指令执行期间产生和处理中断信号。通常，CPU只能在指令之间接受中断；然而，一个缺页中断要求在指令执行中间得到服务，即发现所要访问的指令或数据不在内存时产生缺页中断并处理。;②再则，一条指令可能引起多次不同的页面故障。下图是一个十分极端的例子，这条指令的执行需要访问六个不同的页面，对它们的访问都可能引起缺页中断。 ;缺页中断处理过程;;三．地址变换机构 ;5.2.2 内存分配策略和分配算法 ;最小物理块数：是指能保证进程正常运行所需的最少物理块数。若系统为某进程所分配的物理块数少于此值时，进程将无法运行。 进程应获得的最少物理块数与计算机的硬件结构有关，取决于指令的格式、功能和寻址方式。 例： 对于某些简单的机器，若是单地址指令且采用直接寻址方式，则所需的最少物理块数为2。 如果该机器允许间接寻址时，则至少要求有物理块数为3。 对于前面所介绍的在缺页中断机构中要发生6次中断的情况，至少要为每个进程分配6个物理块，以装入6个页面。;两种置换策略;1）固定分配局部置换 为每个进程分配一定数目的物理块，在整个运行期间都不再改变。 实现这种策略的困难在于：应为每个进程分配多少个物理块难以确定。 若太少，会频繁地出现缺页中断，降低了系统的吞吐量； 若太多，又必然使内存中驻留的进程数目减少，进而可能造成CPU空闲或其它资源空闲的情况，而且在实现进程对换时，会花费更多的时间。 ;2）可变分配全局置换 （常用方式） 在采用这种策略时，先为系统中的每个进程分配一定数目的物理块，而OS自身也保持一个空闲物理块队列。 当某进程发现缺页时，由系统从空闲物理块队列中，取出一个物理块分配给该进程，并将欲调入的（缺）页装入其中。 这样，凡产生缺页（中断）的进程，都将获得新的物理块； 仅当空闲物理块队列中的物理块用完时，OS才能从内存中选择一页调