第9章虚拟存储管理 ■9.1虚拟存储系统的基本概念 ■9,2分页存储管理 ■93分段存储管理 9,4段页式存储管理 ■95页的置换算法 ■9.6页架的分配策略 97主存共享、快表一致性问题
第九章 虚拟存储管理 第9章 虚拟存储管理 ◼ 9.1虚拟存储系统的基本概念 ◼ 9.2 分页存储管理 ◼ 9.3 分段存储管理 ◼ 9.4 段页式存储管理 ◼ 9.5 页的置换算法 ◼ 9.6页架的分配策略 ◼ 9.7 主存共享、快表一致性问题
9.1虚拟存储系统的基本概念 虚拟存储器 ■指一种实际上并不以物理形式存在的虚假的存储器 虚拟地址 个运行进程访问的地址 ■实地址 ■处理器可直接访问的地址 ■虚拟存储技术 ■在逻辑上把内存的容量扩大,利用硬盘空间作为虚 拟内存
第九章 虚拟存储管理 9.1 虚拟存储系统的基本概念 ◼ 虚拟存储器 ◼ 指一种实际上并不以物理形式存在的虚假的存储器 ◼ 虚拟地址 ◼ 一个运行进程访问的地址 ◼ 实地址 ◼ 处理器可直接访问的地址 ◼ 虚拟存储技术 ◼ 在逻辑上把内存的容量扩大，利用硬盘空间作为虚 拟内存
9.1虚拟存储系统的基本概念 局部性原理( principle of locality): ■指程序在执行过程中的一个较短时期,所 执行的指令地址和指令的操作数地址,分 别局限于一定区域。还可以表现为: n时间局部性:一条指令的一次执行和下次执行 个数据的一次访问和下次访问都集中在一个 较短时期内; 空间局部性:当前指令和邻近的几条指令,当 前访问的数据和邻近的数据都集中在一个较小 区域内
第九章 虚拟存储管理 9.1 虚拟存储系统的基本概念 ◼ 局部性原理(principle of locality)： ◼ 指程序在执行过程中的一个较短时期，所 执行的指令地址和指令的操作数地址，分 别局限于一定区域。还可以表现为： ◼ 时间局部性：一条指令的一次执行和下次执行， 一个数据的一次访问和下次访问都集中在一个 较短时期内； ◼ 空间局部性：当前指令和邻近的几条指令，当 前访问的数据和邻近的数据都集中在一个较小 区域内
9.1虚拟存储系统的基本概念 局部性原理的具体体现 ■程序在执行时,大部分是顺序执行的指令, 少部分是转移和过程调用指令。 过程调用的嵌套深度一般不超过5,因此执 行的范围不超过这组嵌套的过程。 ■程序中存在相当多的循环结构,它们由少量 指令组成,而被多次执行。 ■程序中存在相当多对一定数据结构的操作, 如数组操作,往往局限在较小范围内
第九章 虚拟存储管理 9.1 虚拟存储系统的基本概念 ◼ 局部性原理的具体体现 ◼ 程序在执行时，大部分是顺序执行的指令， 少部分是转移和过程调用指令。 ◼ 过程调用的嵌套深度一般不超过5，因此执 行的范围不超过这组嵌套的过程。 ◼ 程序中存在相当多的循环结构，它们由少量 指令组成，而被多次执行。 ◼ 程序中存在相当多对一定数据结构的操作， 如数组操作，往往局限在较小范围内
9.1虚拟存储系统的基本概念 ■虚拟存储原理 ■在程序装入时,不必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 ■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。只需程序的一部分在 内存就可执行
第九章 虚拟存储管理 9.1 虚拟存储系统的基本概念 ◼ 虚拟存储原理 ◼ 在程序装入时，不必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。 ◼ 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。只需程序的一部分在 内存就可执行
9.1虚拟存储系统的基本概念 ■引入虚拟存储技术的好处 大程序:可在较小的可用内存中执行较大的 用户程序; n大的用户空间:提供给用户可用的虚拟内存 空间通常大于物理内存(〔 real memory) 并发:可在内存中容纳更多程序并发执行; ■易于开发:与覆盖技术比较,不必影响编程 时的程序结构
第九章 虚拟存储管理 9.1 虚拟存储系统的基本概念 ◼ 引入虚拟存储技术的好处 ◼ 大程序：可在较小的可用内存中执行较大的 用户程序； ◼ 大的用户空间：提供给用户可用的虚拟内存 空间通常大于物理内存(real memory) ◼ 并发：可在内存中容纳更多程序并发执行； ◼ 易于开发：与覆盖技术比较，不必影响编程 时的程序结构
9.1虚拟存储系统的基本概念 虚拟存储技术的特征 不连续性:物理内存分配的不连续,虚拟地 址空间使用的不连续(数据段和栈段之间的 空闲空间,共享段和动态链接库占用的空间) 部分交换:与交换技术相比较,虚拟存储的 调入和调出是对部分虚拟地址空间进行的; 大空间:通过物理内存和快速外存相结合, 提供大范围的虚拟地址空间 总容量不超过物理内存和外存交换区容量之和
第九章 虚拟存储管理 9.1 虚拟存储系统的基本概念 ◼ 虚拟存储技术的特征 ◼ 不连续性：物理内存分配的不连续，虚拟地 址空间使用的不连续（数据段和栈段之间的 空闲空间，共享段和动态链接库占用的空间） ◼ 部分交换：与交换技术相比较，虚拟存储的 调入和调出是对部分虚拟地址空间进行的； ◼ 大空间：通过物理内存和快速外存相结合， 提供大范围的虚拟地址空间 ◼ 总容量不超过物理内存和外存交换区容量之和
9.2分页存储管理 在简单页式存储管理的基础上,增加请求 调页和页面置换功能 分页系统中的地址转换 硬件支持
第九章 虚拟存储管理 9.2 分页存储管理 ◼ 在简单页式存储管理的基础上，增加请求 调页和页面置换功能。 ◼ 分页系统中的地址转换 ◼ 硬件支持
9.2分页存储管理 分页系统中的地址转换(直接地址转换) 页表寄存器 页号页内偏移量 页表始址页表长度 2 页表 页号页架 10340 4 0 2 物理地址 4 2 3 内存空间
第九章 虚拟存储管理 9.2 分页存储管理 ◼ 分页系统中的地址转换（直接地址转换） 页表始址 页表长度 页表寄存器 2 页号 页内偏移量 100 + 0 2 1 4 2 5 3 页号 页架 页表 + 10340 物理地址 2 4 5 内存空间
9.2分页存储管理 分页系统中的地址转换(多级页表) ■当内存增大时,页表也会很大,如果页表全 部放进主存,也要占用很大的空间 对页表分页,为了管理这些页表,设置一个 页表目录(顶级页表) ■随着内存的增大,也可以使用三级、四级页 表
第九章 虚拟存储管理 9.2 分页存储管理 ◼ 分页系统中的地址转换（多级页表） ◼ 当内存增大时，页表也会很大，如果页表全 部放进主存，也要占用很大的空间 ◼ 对页表分页，为了管理这些页表，设置一个 页表目录（顶级页表） ◼ 随着内存的增大，也可以使用三级、四级页 表