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TechEd 2002 第四章 存储器管理 什么是内存管理 存储管理主要指内存管理，内存是系统中仅次于CPU的宝贵资源 ，“瓶颈”资源 。 内存管理是对内存架构进行管理，使程序在内存架构的任何一个层次上的存放对于用户来说都是一样的。实现这种媒介透明的手段就是虚拟内存。它是一种“抽象”。 一、有关存储管理的基本概念 二、内存 三、逻辑地址与逻辑地址空间 四、地址重定位（地址映射、地址翻译） 五、静态重定位 六、动态重定位 七、两种重定位的比较 一、单一连续分区存储管理 二、固定分区存储管理 三、动态分区存储管理 一、页式存储管理的基本思想 二、页式存储管理的地址转换 一、概述 二、虚拟页式存储管理 三、内存分配策略和分配算法 四、调页策略 五、页面淘汰算法 六、性能问题 §4.6 虚拟存储 3) 考虑优先权的分配算法 在实际应用中，为了照顾到重要的、紧迫的作业能尽快地完成， 应为它分配较多的内存空间。通常采取的方法是把内存中可供分配的所有物理块分成两部分：一部分按比例地分配给各进程；另一部分则根据各进程的优先权，适当地增加其相应份额后，分配给各进程。在有的系统中，如重要的实时控制系统，则可能是完全按优先权来为各进程分配其物理块的。 §4.6 虚拟存储 1. 何时调入页面 1) 预调页策略 2) 请求调页策略 §4.6 虚拟存储 2. 从何处调入页面 在请求分页系统中的外存分为两部分：用于存放文件的文件区和用于存放对换页面的对换区。通常，由于对换区是采用连续分配方式，而文件区采用离散分配方式，故对换区的磁盘I/O速度比文件区的高。这样，每当发生缺页请求时，系统应从何处将缺页调入内存，可分成如下三种情况： (1) 系统拥有足够的对换区空间，这时可以全部从对换区调入所需页面，以提高调页速度。为此，在进程运行前， 便须将与该进程有关的文件，从文件区拷贝到对换区。 §4.6 虚拟存储 (2) 系统缺少足够的对换区空间，这时凡是不会被修改的文件，都直接从文件区调入；而当换出这些页面时，由于它们未被修改而不必再将它们换出，以后再调入时，仍从文件区直接调入。但对于那些可能被修改的部分，在将它们换出时，便须调到对换区，以后需要时，再从对换区调入。 (3) UNIX方式。由于与进程有关的文件都放在文件区，故凡是未运行过的页面，都应从文件区调入。而对于曾经运行过但又被换出的页面，由于是被放在对换区，因此在下次调入时，应从对换区调入。由于UNIX系统允许页面共享，因此， 某进程所请求的页面有可能已被其它进程调入内存，此时也就无须再从对换区调入。 §4.6 虚拟存储 3. 页面调入过程 每当程序所要访问的页面未在内存时，便向CPU发出一缺页中断，中断处理程序首先保留CPU环境，分析中断原因后， 转入缺页中断处理程序。该程序通过查找页表，得到该页在外存的物理块后， 如果此时内存能容纳新页，则启动磁盘I/O将所缺之页调入内存，然后修改页表。如果内存已满，则须先按照某种置换算法从内存中选出一页准备换出；如果该页未被修改过，可不必将该页写回磁盘；但如果此页已被修改， 则必须将它写回磁盘，然后再把所缺的页调入内存， 并修改页表中的相应表项，置其存在位为“1”，并将此页表项写入快表中。在缺页调入内存后，利用修改后的页表， 去形成所要访问数据的物理地址，再去访问内存数据。 §4.6 虚拟存储 先进先出页面淘汰算法（FIFO） 选择在内存中驻留时间最长的页并淘汰之 最佳页面淘汰算法（OPT） 淘汰以后不再需要的或最远的将来才会用到的页面 最近最少使用页面淘汰算法（LRU） 选择最后一次访问时间距离当前时间最长的一页并淘汰之 即淘汰没有使用的时间最长的页 §4.6 虚拟存储 clock置换算法 (1)最近未使用页面淘汰算法（NRU） 选择在最近一段时间内未使用过的一页并淘汰之 第二次驻留内存的机会 (2)改进clock置换算法 实现：设置两位 访问位（R）， 修改位（M） §4.6 虚拟存储 发生缺页中断时，操作系统检查R，M： 第0类：无访问，无修改 第1类：无访问，有修改 第2类：有访问，无修改 第3类：有访问，有修改 操作系统随机从编号最小的非空类中选择一页淘汰 §4.6 虚拟存储 例子1：计算缺页次数 某程序在内存中分配三个页面，初始为空，页面走向为4，3，2，1，4，3，5，4，3，2，1，5 §4.6 虚拟存储 共缺页中断9次 ? x x ? ? x x x x x x x 5