05 虚拟存储器.pptx

第五章 虚拟存储器2017年5月3日山东师范大学信息科学与工程学院引言5.1 虚拟存储器概述5.2 请求分页存储管理方式5.3 页面置换算法5.4 “抖动”与工作集5.5 请求分段存储管理方式引言第五章 虚拟存储器存储器是计算机系统的组成部分之一，虚拟存储器作为现代操作系统存储管理的一项重要技术，实现了内存扩充功能。但该功能并非从物理上实际地扩大内存的容量，而是从逻辑上实现对内容容量的“扩充”，让用户所感觉到的内存容量比实际内存容量大得多。于是可以让比内存空间更大的程序运行，或者让更多的用户程序并发运行。这样既满足了用户的需要，有改善了系统的性能。5.1 虚拟存储器概述第五章 虚拟存储器前面存储器管理方式中都要求将一个作业全部装入内存后方能运行，于是就出现了：有的作业很大，其所要求的内存空间超过了内存总容量，作业不能全部被装入内存，致使该作业无法运行有大量作业要求运行，但由于内存容量不足以容纳所有这些作业，只能将少数作业装入内存让它们先运行，而将其它大量的作业留在外存上等待解决方法：物理上增大内存，逻辑上扩充内存本小结的主要内容：常规存储器管理方式的特征和局部性原理虚拟存储器的定义和特征虚拟存储器的实现方法一、常规存储器管理方式的特征和局部性原理第五章 虚拟存储器1. 常规存储器管理方式的特征2. 局部性原理3. 虚拟存储器的基本工作情况1. 常规存储器管理方式的特征第五章 虚拟存储器基本特征一次性：作业全部装入内存后方能开始运行 驻留性：作业一直驻留在内存，直到运行结束由此可以看出，上述的一次性及驻留性，使许多在程序运行中不用或暂不用的程序(数据)占据了大量的内存空间，使得一些需要运行的作业无法装入运行。现在要研究的问题是：一次性及驻留性在程序运行时是否是必需的和不可改变的。2. 局部性原理第五章 虚拟存储器早在1968年， Denning.P就曾指出： 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，但经研究看出，过程调用的深度在大多数情况下都不超过5。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。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，其典型情况便是程序的顺序执行。3. 虚拟存储器的基本工作情况第五章 虚拟存储器基于局部性原理，可以考虑：应用程序在运行之前，没有必要全部装入内存，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)，此时程序应利用OS所提供的请求调页(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)，则还须再利用页(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。这样，便可使是个大的用户程序在较小的内存空间中运行，也可以在内存中同时装入更多地进程，使他们并发执行。二、虚拟存储器的定义和特征第五章 虚拟存储器1、虚拟存储器的定义2、虚拟存储器的特征1、虚拟存储器的定义第五章 虚拟存储器所谓虚拟存储器，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。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。可见，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。2、虚拟存储器的特征第五章 虚拟存储器多次性：一个作业被分成多次调入内存运行，亦即在作业运行时没有必要将其全部装入，只需将当前要运行的那部分程序和数据装入内存即可；以后每当要运行到尚未调入的那部分程序时，再将它调入。多次性是虚拟存储器最重要的特征，任何其它的存储管理方式都不具有这一特征。因此，我们也可以认为虚拟存储器是具有多次性特征的存储器系统。对换性：允许在作业的运行过程中进行换进、换出，亦即，在进程运行期间，允许将那些暂不使用的程序和数据，从内存调至外存的对换区(换出)，待以后需要时再将它们从外存调至内存(换进)；甚至还允许将暂时不运行的进程调至外存，待它们重又具备运行条件时再调入