【操作系统】虚拟存储器概述
2016-12-18 19:52
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存储管理分类
实存管理分区(Partitioning) (连续分配方式) (包括固定分区、可变分区)
分页(Paging)
分段(Segmentation)
段页式(Segmentation with paging)
虚存管理
请求分页(Demand paging)– 主流技术
请求分段(Demand segmentation)
请求段页式(Demand SWP )
常规存储管理的问题
常规存储管理方式的共同点:要求一个作业全部装入内存后方能运行。可能出现的问题:有的作业很大,所需内存空间大于内存总容量,使作业无法运行。
有大量作业要求运行,但内存容量不足以容纳下所有作业,只能让一部分先运行,其它在外存等待。
解决方法
增加内存容量
从逻辑上扩充内存容量:覆盖、对换、虚拟存储技术
常规存储器管理方式的特征和局部性原理
常规存储器管理方式的特征
一次性:作业在运行前需一次性地全部装入内存。驻留性:作业装入内存后便一直驻留内存,直至结束。
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,在大多数情况下仍是顺序执行的。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,但过程调用的深度在大多数不超过 5。
程序中存在许多循环结构,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。
局部性又表现在下述两个方面
时间局部性。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。产生时间局限性的典型原因,是由于在程序中存在着大量的循环操作。空间局部性。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,其典型情况便是程序的顺序执行。
虚拟存储器的基本原理
根据局部性原理,在程序装入时,不需要将其全部读入到内存,而只需将当前需要执行的部分页或段读入到内存,就可让程序开始执行。在程序执行过程中,如果需执行的指令或访问的数据尚未在内存(称为缺页或缺段) ,则由处理器通知操作系统将相应的页或段调入到内存,然后继续执行程序。 (请求调入功能)
另一方面,操作系统将内存中暂时不使用的页或段调出保存在外存上,从而腾出空间存放将要装入的程序以及将要调入的页或段。 (置换功能)
虚拟存储器的定义和特征
虚拟存储器,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加以扩充的一种存储器系统。逻辑容量由内存容量和外存容量之和所决定。
运行速度接近于内存速度,成本接近于外存。
虚拟存储器的特征
多次性:作业被分成多次调入内存运行。正是由于多次性,虚拟存储器才具备了逻辑上扩大内存的功能。多次性是虚拟存储器最重要的特征,其它任何存储器不具备这个特征。对换性:允许在作业运行过程中进行换进、换出。换进、换出可提高内存利用率。
虚拟性: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。虚拟性是实现虚拟存储器最重要的目标。
虚拟性以多次性和对换性为基础,而多次性和对换性必须以离散分配为基础。
虚拟存储技术的概念
速度和容量:虚拟存储量的扩大是以牺牲 CPU 工作时间以及内外存交换时间为代价。虚拟存储器的容量取决于主存与辅存的容量,最大容量是由计算机的地址结构决定。
虚拟存储器的逻辑地址空间理论上不受物理存储器的限制。
如 32 位机器,虚拟存储器的最大容量就是 4G,再大CPU 无法直接访问。
虚拟存储器的实现方法:请求分页、请求分段、请求段页式。
请求分页系统
在分页系统的基础上,增加了请求调页功能、页面置换功能所形成的页式虚拟存储器系统。它允许只装入若干页的用户程序和数据,便可启动运行,以后在硬件支持下通过调页功能和置换页功能,陆续将要运行的页面调入内存,同时把暂不运行的页面换到外存上,置换时以页面为单位。
系统须设置相应的硬件支持和软件:
硬件支持:请求分页的页表机制、缺页中断机构和地址变换机构。
软件:请求调页功能和页置换功能的软件。
请求分段系统
在分段系统的基础上,增加了请求调段功能及分段置换功能,所形成的段式虚拟存储器系统。它允许只装入若干段的用户程序和数据,便可启动运行,以后再硬件支持下通过请求调段功能和分段置换功能,陆续将要运行的段调入内存,同时把暂不运行的段换到外存上,置换时以段为单位。
系统须设置相应的硬件支持和软件:
硬件支持:请求分段的段表机制、缺段中断机构和地址变换机构。
软件:请求调段功能和段置换功能的软件。
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