第4.6章操作系统课程.pptVIP

* 4.6 虚拟存储器 1 虚拟存储器概述 2 请求分页存储管理方式 3 页面置换算法 4 “抖动”与工作集 5 请求分段存储管理方式 4.6虚拟存储器 1 虚拟存储器概述 1.1 常规存储管理方式的特征和局部性原理 1.常规存储器管理方式的特征 ★一次性，是指作业必须一次性地全部装入内存后，方能开始运行。这一特征导致了下述两种情况的发生： ①当作业很大时，它所要求的内存空间超过了内存总容量，无法将全部作业装入内存，致使该作业无法运行； ②当有大量作业要求运行的情况下，由于每一个作业都需要全部装入内存后方能运行，所以每次只能装入少量的作业，导致多道程序度的下降。 ★驻留性，是指作业被装入内存后，整个作业都一直驻留在内存中，其中任何部分都不会被换出，直至作业运行结束。 2.局部性原理 ★程序执行时，除了少部分的转移和过程调用指令外，在大多数情况下是顺序执行的。 ★过程调用将会使程序的执行轨迹，由一部分区域转至另一部分区域。即程序将会在一段时间内，都局限在这些过程的范围内运行。 ★程序中存在许多循环结构，这些虽然只由少数指令构成，但是它们将多次执行。 ★程序中还包括许多对数据结构的处理，如对数组进行操作，它们往往都局限于很小的范围内。 局限性又表现在下述两个方面： ★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。 ★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，即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。 1.1 常规存储管理方式的特征和局部性原理 3.虚拟存储器的基本工作情况 应用程序在运行之前，仅须将那些当前要运行的少数页面或段，先装入内存便可运行，其余部分暂留在盘上。 程序在运行时，如果它所要访问的页（段）已调入内存，便可继续执行下去；但如果程序所要访问的页（段）尚未调入内存（称为缺页或缺段），便发出缺页（段）中断请求，此时OS将利用请求调页（段）功能，将它们调入内存，以使进程能继续执行下去。 如果此时内存已满，无法再装入新的页（段），OS还须再利用页（段）的置换功能，将内存中暂时不用的页（段）调至盘上，腾出足够的内存空间后，再将要访问的页（段）调入内存，使程序继续执行下去。 1.1 常规存储管理方式的特征和局部性原理 1.2 虚拟存储器的定义和特征 1.虚拟存储器的定义 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，而每位的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。 1.2 虚拟存储器的定义和特征 2.虚拟存储器的特征 ★多次性 ★对换性 ★虚拟性 虚拟性是以多次性和对换性为基础的，或者说，仅当系统允许将作业分多次调入内存，并能将内存中暂时不运行的程序和数据换至盘上时，才有可能实现虚拟存储器；而多次性和对换性，显然又必须建立在离散分配的基础上。 1.分页请求系统 在分页系统的基础上，增加了请求调页功能和页面置换功能，所形成的页式虚拟存储系统。置换时以页面为单位。 （1）硬件支持：请求分页的页表机制、缺页中断机构、地址变换机构。 （2）实现请求分页的软件：实现请求调页的软件和实现页面置换的软件。 2.请求分段系统 在分段系统的基础上，增加了请求调段及分段置换功能后，所形成的段式虚拟存储系统。置换是以段为单位进行的。 为了实现请求分段，系统同样需要必要的硬件和软件支持。 （1）硬件支持：请求分段的段表机制、缺段中断机构、地址变换机构。 （2）实现请求分段的软件：实现请求调段的软件和实现段置换的软件。 1.3 虚拟存储器的实现方法 返回 4.6 虚拟存储器 2 请求分页存储管理方式 2.1 请求分页中的硬件支持 1.请求页表机制 2.缺页中断机构 3.地址变换机构 2.2 请求分页中的内存分配 2.3 页面调入策略 2.1 请求分页中的硬件支持 1.请求页表机制 外存地址 修改位M 访问字段A 状态位P 物理块号 页号 ⑴状态位（存在位）P：仅有一位，故又称位字，用于指示该页是否已调入内存，供程序访问时参考。 ⑵访问字段A：记录本页在一段时间内被访问的次数，或记录本页最近已有多长时间未被访问，提供给置换算法（程序）选择换出页面时参考。 ⑶修改位M：标识该