计算机操作系统教程 课件第6章_虚拟存储管理.pptx

第六章虚拟存储器;第6章虚拟存储器;在计算机系统中，尤其是在多道程序环境下，可能会出现内存不够用的情况，包括三种情形：

程序太大，超过了内存的容量；

程序太多，超过了内存的容量；

程序太多，且单个程序太大。;局部性原理(principleoflocality)

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。;局部性原理的具体表现：

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；

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；

程序中存在很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。;程序的局部性原理表明，从理论上来

说，虚拟存储技术是能够实现的，而

且在实现了以后应该是能够取得一个

满意的效果的。

成功案例：TLB、Cache。;6.1.2覆盖技术;6.1.3交换技术;进程管理;;6.2请求页式管理;;;当内存空间不够用时，需要把页面保存在磁盘上（backingstore，后备存储）；

内存物理页面称为pageframe，磁盘上的页面称为后备页面（backingframe）；

目的：提供一种错觉，内存的容量好像和磁盘容量一样大，且速度和内存一样快（理想状态）。;6.2.2虚拟存储器的概念;请求页式管理需要解决以下问题：

如何发现执行的代码或访问的数据不在内存；

代码或数据什么时候调入内存，调入策略；

当一些页调入内存时，内存没有空闲内存时，将淘汰哪些页，淘汰策略。;1.页表的扩充;驻留位（有效位）：表示该页是否在内存。若该位为1，表示该页位于内存中，即该页表项有效，可以使用；若该位为0，表示该页当前还在外存中，此时若访问该页表项，将导致缺页中断；

保护位：表示允许对该页做何种类型的访问，如只读、可读写、可执行等；

修改位：表明此页在内存中是否被修改过。当系统回收该物理页面时，根据此位来决定是否把它的内容写回外存；

访问位：如果该页面被访问过（包括读操作或写操作），则设置此位。用于页面置换算法。;X;2.缺页中断;有空闲页面吗？;有空闲页面时的处理流程;;用户进程感觉不到缺页中断的发生（就像进程切换??样）。;功能：当缺页中断发生，需要调入新的页面而内存已满时，选择内存当中哪个物理页面被置换。

目标：尽可能地减少页面的换进换出次数（即缺页中断的次数）。

可把未来不再使用的或短期内较少使用的页面换出。;6.3.1.最佳页面置换算法;进程共有5个逻辑页面，在它的运行过程中，对逻辑页面的访问顺序是：1,2,3,4,1,2,5,1,2,3,4,5。若在内存中给它分配4个物理页面，则缺页6次。;6.2.2先进先出算法;6.2.2先进先出算法;6.3.3.最近最久未使用算法;6.3.3.最近最久未使用算法;1,2,3,4,1,2,5,1,2,3,4,5;完美的LRU算法并不实用：

在每次内存访问时，都需要去更新该页面访问时间（时间戳法）或调整各个页面的先后顺序（链表法和栈法），开销很大；

缺乏硬件支持。

可行的做法：

对LRU算法的近似；

在硬件的支持下，使用某种简单而快速的方法来寻找比较老（而非最老）的页面。 ;6.3.4.Clock（近似LRU）算法;6.3.4.Clock（近似LRU）算法;6.3.4.Clock（近似LRU）算法;6.3.4.Clock（近似LRU）算法;6.3.5最少使用算法;1.工作集;工作集：一个进程当前正在使用的逻辑页面集合，

可以用一个二元函数W(t,?)来表示：

t是当前的执行时刻；

?称为工作集窗口（working-setwindow），即一个定长的页面访问窗口；

W(t,?)＝在当前时刻t之前的?窗口当中的所有页面所组成的集合（随着t的变化，该集合也在不断地变化）；

|W(t,?)|指工作集的大小，即页面数目。;261577775162341234443434441327

如果?窗口的长度为10，那么：

W(t1,?)={1,2,5,6,7}

W(t2,?)={3,4};;2.驻留集;3.页面的分配策略;可变分配策略：驻留集大小可变。例如：每个进程在刚开始运行的时候，先根据程序大小给它分配一定数目的物理页面，然后在进程运行过程中，再动态地调整驻留集的大小。

可采用全局页面置换的方式，当发生一个缺页中断时，被置换的页面可以是在其它进程当中，各个并发进程竞争地使用物理页面。

优缺点：性能较好，但增加了系统开销。

具体实现：可以使用缺页率算法(