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CH4 存储管理 4.1 主存储器 4.2 连续存储空间管理 4.3 分页式存储管理 4.4 分段式存储管理 4.5 段页式存储管理 4.6 交换技术和覆盖技术 4.7 虚拟存储管理 4.8 实 例 研 究：Intel Pentium存储管理硬件设施 4.7 虚拟存储管理 4.7.1 虚拟存储管理的概述 4.7.2 请求分页虚拟存储管理4.7.3 请求分段虚拟存储管理 4.7.4 请求段页式虚拟存储管理 2、局部性原理 局部性原理：指程序在执行过程中的一个较短时期内，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。主要表现为： 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；原因是由于在程序中存在着大量的循环、子程序等程序结构。 空间局部性：若某一存储单元被访问，那么与该存储单元相邻的单元可能也会很快被访问。 虚拟存储管理的主要技术是部分装入和部分对换。 ① 部分装入：当用户作业被调度开始执行时，不必将作业全部读入主存，而是将当前需要执行的部分读入主存，其他部分根据作业执行的需要逐步装入主存。 ② 部分对换：在程序执行过程中，当内存空间紧张时，操作系统将暂不执行的部分程序和数据调出，保存在外存上，从而腾出内存空间存放将要装入的程序和数据，或者留给系统再分配。 虚拟存储管理的目的：把分开编址的二级存储器——内存和辅存,变成面向用户的，逻辑上可以统一编址的虚拟存储器。 4、虚拟存储器的定义 在具有层次结构存储器的计算机系统中，采用自动实现部分装入和部分对换功能，为用户提供一个比物理主存容量大得多的，可寻址的一种“主存储器”。 虚拟存储器的大小受限于计算机的地址结构及可用的外存的容量。总容量不超过物理内存和外存交换区容量之和。 5、虚拟存储器的特征 ⑴ 离散性：系统内存管理机构分配给该作业的内存空间不一定是连续的。 ⑵ 多次性：多次性是指一个作业被分成多次调入主存内运行。 ⑶ 对换性：在进程运行过程中，可以把那些暂时不运行的程序和数据，从内存调至外存的对换区，把当前要运行的程序和数据调入内存。可见，对换有利于提高内存的利用率。 ⑷ 虚拟性：操作系统通过把内存和辅存从逻辑上结合起来，使用户感觉到存储容量远远大于实际的内存容量，以实现扩充内存的目的。 实现虚拟存储器必须解决好以下有关问题： 主存辅存统一管理问题 逻辑地址到物理地址的转换问题 部分装入和部分对换问题 虚拟存储管理主要采用以下存储管理方法实现： 请求分页虚拟存储管理 请求分段虚拟存储管理 请求段页式虚拟存储管理 4.7.2 请求分页式存储管理 ——动态离散分配方式 1. 基本思想 ⑴等份主存、用户逻辑地址空间 将程序的逻辑地址空间划分成若干大小相等的区域，称为页或页面。相应地，将物理内存划分为与页大小相等的区域，称为块或物理块，并分别给页和块编以连续的序号0、1、2、3、…… ⑵主存分配原则 以块为单位分配，作业以页调入块中，作业块不一定是连续的，但不必全部装入。 请求分页式存储管理基本思想 2. 数据结构 作业表：整个系统有一个作业表，描述系统内各个进程页表的起始位置和大小，用于地址转换。 物理页面表（内存块表）：整个系统有一个物理页面表，描述物理内存空间的空闲和占用状况。 页表：每个进程有一个页表，描述该进程相应页在系统中的状况。如是否在内存？页对应的块号？ 标志位（存在位）：用于指示该页是在内存还是在外存。 访问统计：在近期内被访问的次数，或最近一次访问到现在的时间间隔。决定淘汰哪页（由不同的算法决定）。 修改位：表示该页在调入内存后是否被修改过。 外存地址：用于指出该页在外存上的地址。 缺页率 5.请求分页地址转换过程(1) 分页式虚拟存储系统的硬件支撑(1) 主存管理单元MMU完成逻辑地址到物理地址的转换功能，它接受虚拟地址作为输入，物理地址作为输出，直接送到总线上，对主存单元进行寻址。 分页式虚拟存储系统的硬件支撑 MMU主要功能 (1)管理硬件页表基址寄存器。 (2)分解逻辑地址。 (3)管理快表TLB。 (4)访问页表。 (5)发出缺页中断或越界中断，并将控制权交给内核存储管理处理。 (6)设置和检查页表中各个特征位。 地址转换过程(2) 6 .页面的调入和分配策略 请求调页(demand paging)：只调入发生缺页时所需的页面。 优点：确保只有被访问的页调入主存，节省内存。 缺点：调入页的开销大，增加了对外存I/O次数 预调页(prepaging)：OS依据某种算法预测，预先将某页或若干页调入主存。 优点：提高调页的I/O效率。 缺点：基于预测，若调入的页在以后很少被访问，则效率低。常用于程序装入时的调页。 （2）