虚存管理

1、虚存简介

　　虚拟存储器又称虚拟存储系统，或虚拟存储体系等，由主存储器和联机工作的外部存储器共同组成。在目前的计算机系统中，主存储器通常用动态随机存储器（DRAM）实现，它的存储容量相对比较小，速度比较快，单位容量的价格比较贵。

　　联机工作的外部存储器通常为磁盘存储器，它的存储容量很大，与主存储器相比，速度很低，单位容量的价格很便宜。这两个存储器在硬件和系统软件的共同管理下，对于应用程序员，可以把它们看来是一个单一的存储器，是一个存储容量非常大的主存储器。

　　虚存一般分为页式存储、段式存储和段页式存储。

2、页式存储

　　理念：利用有限的资源尽可能的执行大一些的程序。如果我的内存64K，而需要执行128K的程序，在实存中不可能执行，因为内存无法一次性将程序放进来；如果将用户程序和内存进行分块，然后将程序一块块的拿到内存中去，执行完的程序块就立即退出内存，然后换没有执行的程序块进入内存来执行。这样就使得执行比内存容量大的程序成为可能。页式存储就是基于这种理念。

　　注意：程序分页的大小和内存中分页的大小需要相同，否则会导致出错；同时它们之间通过页表进行对应，程序页通过页表映射到内存中去。 页表中储存了程序的逻辑地址和内存中的块号地址，如下：

　　　　　　　　　　　　


　　下面来看一下页式存储的组织：

　　　　　　　　　


　　逻辑地址分为页号和页内地址，知道页号可以通过页表得到内存中实际地址，然后以页表中对应块号的二进制表现形式为高位，逻辑地址中的页内地址为低位构成的地址就是内存中的实际地址，即物理地址。

　　页内地址如何得到？

　　将逻辑地址转换为二进制，然后得到页面大小，如果页面大小为4K，那么2的12次方为4K，所以页内地址就是逻辑地址的低12位。

3、段式存储

　　　　　　　　　　　　


　　页式存储是从操作系统的角度分为多个页，而段式存储是从用户的角度将一个程序分为多个段，段的大小一般比页的大小要大的多，而且可以不相等的，而页的大小都是相同的。理念是将程序分为多个段，然后分别读到内存中去，和页式存储系统很类似。

　　下面来看一下段式存储的组织：

　　　　　　　　　　　　　


　　段式存储分的段比较大，有利于资源共享。例如我们将一个程序分为程序段和数据段，那么如果有多个用户使用这个程序时，我们就可以只运行一个数据段，而运行多个数据段，因为每个用户用的程序都是一致的，而各个用户的数据却是不相同的。

　　段式存储计算内存中实际地址的方式和页式存储也是十分类似的，首先通过段号找到基址然后以基址为高位，位移量为低位组成实际地址。

4、页式存储和段式存储的优缺点

　　（1）页式存储

　　　　● 优点：利用率高，产生的内存碎片小，内存间分配及管理简单；

　　　　● 缺点：要有相应的硬件支持，增加了系统开销，请求调页的算法如果选择不当，有可能产生抖动现象。

　　（2）段式存储

　　　　● 优点：便于多道程序共享内存，便于对存储器的保护，搁几程序修改互不影响；

　　　　● 缺点：内存利用率低，内存碎片浪费大。

5、段页式存储

　　由于页式存储和段式存储都有各自的缺点，所以提出了段页式存储，段页式存储的组织如下：

　　　　　　　　　　


　　段页式存储包括一个段表和多个页表的，因为每一个段都对应着一个页表。页式存储是针对操作系统角度的；而段式存储是从用户角度划分的，所以是从逻辑角度划分而成。

　　段页式存储的优缺点：

　　　　● 优点：空间浪费小、存储共享容易、存储保护容易、能动态连接。

　　　　● 缺点：由于管理软件的增加，复杂性和开销也随之增加，需要的硬件以及占用的内容也有所增加，使得执行速度大大下降。