《计算机操作系统》汤小丹.ppt

湘潭大学
第6章虚拟存储器
虚拟存储器概述
前述的各种存储管理方式,有一个共同特点,就是要求将一个作业全部装入内存以后才能运行。于是,出现这样两种情况:
有的作业很大,其要求的内存空间超过了内存总容量。
有大量作业要求运行,而内存不足以容纳所有这些作业。
解决的办法是从逻辑上扩充内存。
传统存储管理方式的特征和局部性原理
传统存储管理方式的特征
一次性特征;
驻留性特征。
而一次性和驻留性是否是程序运行时所必须的。
局部性原理:程序在执行时呈现出局部性规律,即在一较短时间内,程序的执行仅限于某个部分;相应地,其所访问的存储空间也局限于某个区域。局部性表现为时间局限性和空间局限性。
虚拟存储器的基本工作情况:基于局部性原理,一个作业运行之前,没有必要全部装入内存。只需装入当前要运行的那部分页或段便可启动运行,以后利用OS的对换功能来逐步完成整个作业的运行。
虚拟存储器的定义和特征
虚拟存储器的定义:
虚拟存储器,是指仅把作业的一部分装入内存便可运行作业的存储器系统。或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进行扩充的一种存储器系统。
虚拟存储器的逻辑容量由内存和外存容量之和所决定。其运行速度接近于内存,每位的成本接近于外存。
虚拟存储技术是一种非常优越的存储器管理技术
虚拟存储器的特征
多次性:是指一个作业被分成多次来调入内存,即作业运行时不需将其全部装入内存,只需将当前要运行的那部分程序和数据装入,以后运行到某些部分时再将其调入。
对换性:是指允许作业中的程序和数据,在作业运行过程中换进、换出。
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远大于实际内存容量。
虚拟性以多次性和对换性为基础,多次性和对换性以离散分配为基础。
虚拟存储器的实现方法
请求分页系统:这是在分页系统的基础上增加请求调页和页面置换功能形成的页式虚拟存储系统。允许只装入若干页(非全部)的用户程序和数据,便可启动运行。以后利用请求调页和页面置换功能完成作业的运行。置换时以页为单位。对此,系统须提供必要的硬件支持和相应的软件。
硬件支持: (1)请求分页的页表机制。用以作为请求分页的数据结构;(2)缺页中断机构;(3)地址变换机构。
实现分页的软件:实现请求调页的软件和实现页面置换的软件。
请求分段系统:这是在分段系统的基础上增加请求调段和分段置换功能后而形成的段式虚拟存储系统。同样,系统须提供必要的硬件支持:
(1)请求分段的段表机制;
(2)缺段中断机构;
(3)地址变换机构。
同样需要相应的软件。
目前也有建立在段页式系统基础上的段页式虚拟存储系统。
请求分页存储管理方式
请求分页中的硬件支持(1)
一、页表机制:在请求分页系统中的主要数据结构仍然是页表。其基本作用是将用户地址空间中的逻辑地址变换为内存空间的物理地址。页表项的结构如下:
页号物理块号状态位P 访问字段A 修改位M 外存地址
又称存在位,用于指示该页是否已调入内存,供程序访问时参考。
用于记录本页在一段时间内被访问的次数,或最近已有多长时间未被访问,提供给置换算法选择换出页面时参考。
指示该页在调入内存后是否被修改过。若未被修改,在置换该页时就不需将该页回写到外存,否则,就要回写到外存。
用于指出该页在外存上的地址,通常是物理块号,供调入该页时使用。
二、缺页中断机构:每当所要访问的页面不在内存时,便要产生一缺页中断,请求OS将所缺之页调入内存。缺页中断虽要经历与一般中断相同的几个步骤,但它是一种特殊的中断,与一般中断的区别主要是:
(1)在指令执行期间产生和处理中断信号。通常CPU都是在一条指令执行完后去检查是否有中断请求到达。有则响应,无则继续执行下一条指令。而缺页中断是在指令执行期间,发现所要访问的指令和数据不在内存时产生和处理的。
(2)一条指令在执行期间,可能产生多次缺页中断,这时硬件机构应能保存多次中断时的状态,并保证最后能返回到中断前产生缺页中断的指令处,继续执行。
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产生缺页中断的例
B:
A:
Copy A
To B
例如:执行COPY A TO B这条指令时,可能要产生6次缺页中断
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