操作系统原理学习笔记（二十四）-虚拟存储器概述
存储器不足
- 各类存储器都要求作业在完全装入内存后才能运行，就可能出现两种情况：
- 作业大小超过内存总容量，无法运行。
- 大量作业要求运行，内存容量不足，仅少量作业能运行。
- 这些情况有两种处理方式：
- 物理上增加内存。
- 逻辑上扩充内存。
常规存储管理方式的特征与局部性原理
- 常规存储器管理方式的特征：
- 前面提到的物理存储器统称为传统存储器管理方式。
- 一次性：作业需要一次性装入内存才允许运行。
- 驻留性：直到运行结束，整个作业将一直在内存中保留，即便它是被阻塞的。
- 注：
- 这部分有点奇怪，首先是内容和标题不对应，内容说是传统存储管理方式，小标题说是常规存储器管理方式，大标题说是常规存储管理方式。
- 以及驻留性，说是运行结束才会终止，但是前面提到的兑换、分页、分段明明就是为了解决这个问题而出现的...
- 局部性原理-由P.Denning于1968年提出：
- 论点：
- 程序执行时，除少部分转移、过程调用命令外，大部分情况下是顺序执行的。
- 过程调用虽然会使程序执行轨迹转移，但大多数情况下深度不超过5，换句话说，一定时间内，程序的执行轨迹是可预知的。
- 程序中的循环结构虽然不是顺序执行，但是他会被循环调用。
- 对数据结构的处理大多局限于小范围内。
- 局限性还表现在两个方面：
- 时间局限性。某语句或数据刚被访问过，则还会被访问的几率较大，因为程序中存在大量循环结构。
- 空间局限性：某个存储单元被访问，则附近的存储单元大概率将被访问，因为顺序结构。
- 论点：
- 虚拟存储器的基本工作情况：
- 由局部性原理可知，程序运行前，不需要全部装入内存，只需将需要用到的页/段装入内存即可。
虚拟存储器的定义与特征
- 定义：
- 具有请求调入功能、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。
- 逻辑容量由内存与外存之和决定，运行速度接近内存，成本接近外存。
- 特征：
- 多次性：作业可以分成多次调入内存，仅将需要的部分调入内存即可运行。
- 对换性：作业的程序和数据不需要常驻内存，允许换进换出。
- 虚拟性：从逻辑上扩充内存，使得用户感受到的内存容量比实际的大。
- 虚拟性基于多次性与对换性，多次性与对换性又基于离散分配。
虚拟存储器的实现方式
- 虚拟存储器必然以离散分配方式存储，如果是连续分配方式，在调入作业时，就需要在内存中预留一段连续的空间，以便作业分次装入内存，但这样反而造成内存资源浪费，达不到有效的内存空间利用。
- 目前的虚拟存储器都是用下面方式之一实现的：
- 分页请求系统：
- 在分页系统中，增加请求调页功能和页面置换功能。
- 允许仅装入少数页面的程序运行。
- 通过调页功能与页面置换功能把即将运行的页面调入内存，将暂不使用的页面调入外存。
- 以页面为单位置换，OS需要提供硬件支持与实现请求分页的软件。
- 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。
- 实现请求分页的软件：
- 在硬件支持下，将所需页面调入内存，并将暂不需要的页面置换到磁盘。
- 请求分段系统：
- 请求分段系统是在分段系统中，加入请求调段及分段置换功能的段式虚拟存储系统。
- 允许仅装入少数段的程序运行。
- 通过调段功能与段置换功能把即将运行的段调入内存，将暂不使用的段调入外存。
- 以段为单位置换，OS需要提供硬件支持与实现请求分段、段置换的软件。
- 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。
- 软件支持：
- 在硬件支持下，将所需段调入内存，并将暂不需要的段置换到磁盘。
- 请求分页系统比请求分段系统更简单，因为作为其置换单位的页面，是固定大小的，而段是动态长度。
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