操作系统（第四版）-------虚拟存储器

 

 

1）常规存储器管理方式的特征

　　一次性：作业在运行前一次性的全部装入内存

　　驻留性：作业装入内存后，便一直驻留在内存，直至作业运行结束

2）局部性原理　　

　　时间局部性：被引用过一次的存储器位置很可能在不远的将来再被多次引用

　　空间局部性：如果一个存储器的位置被引用过一次，那么程序很可能在不远的将来引用附近的一个存储器位置

　　　　基于局部性原理：程序运行前，不需要全部装入内存

　　　　　　　　　　　　缺页/段时，如果内存已满，无法再装入新的段/页时，通过置换功能将内存中暂时不用的调至外存，腾出足够的内存空间

 

3）虚拟存储器的定义

　　　　是指具有请求调入功能和置换，能从逻辑上对内存容量加以扩充的一种存储器系统

 

4）虚拟存储器的实现

　　　　虚拟存储管理：　　

　　　　　　允许将一个作业分多次调入内存

       　　若采用连续分配方式，需申请足够空间，在分多次装入，造成内存资源浪费，并不能从逻辑上扩大内存容量

　　　　所以，虚拟的实现建立在离散分配存储管理基础上

 

5）虚拟存储器的特征

　　　　离散分配方式是基础

　　　　多次性：一个作业被分成多次调入内存运行

　　　　对换性：允许作业在运行的过程中进行换出，换进

　　　　最终体现虚拟性

 

　　　　　　　　　　　　具体实现：请求分页存储管理方式

　　　　　　　　　　　　　　基本分页+请求调页+页面置换功能

　　　　　　　　　　　　　　换入和换出基本单位都是长度固定的页面

①页表的基本功能不变：逻辑地址映射为物理地址  

(1) 状态位P ：指示该页是否已调入内存。

(2) 访问字段A ：用于记录本页在一段时间内被访问的次数，或记录本页最近已有多长时间未被访问。(置换时考量的参数)

(3) 修改位M ：该页在调入内存后是否被修改过。(关系到置换时调出的具体操作)

(4) 外存地址：用于指出该页在外存上的地址。

 

②缺页中断机构

　　每当要访问的页面不在内存中时，便产生一缺页中断通知OS，OS则将所缺之页调入内存。作为中断，需经历几个步骤

　　　　保护CPU环境     分析中断原因       转入缺页中断处理程序     恢复CPU环境等

作为一种特殊中断，与一般中断有明显区别：

　　1）在指令执行期间产生和处理中断信号

　　2）一条指令在执行期间，可能产生多次缺页中断

 

③地址变换机构

分页系统地址变换机构+  产生和处理缺页中断（请求调入） + 从内存中换出一页的功能（置换）

 

 

 

 

 

　　　　

 2）内存分配

　　　　三个问题：最小物理块数的确定      物理块的分配策略      物理块的分配算法

　　　　分配策略      固定分配局部置换   

　　　　　　　　　　　　　　　　为每个进程分配一定数目的物理块，在整个运行期间不再改变（基于进程的类型，或根据程序员、程序管理员的建议） 运行中缺页时，只能从该进程内存中n个页面中选出一页换出，然后再调入一页。

　　　　　　　　　  可变分配全局置换

　　　　　　　　　　　　　　　　先为每个进程分配一定数目的物理块 OS管理一个空闲物理块队列，发生缺页时，系统从队列中取出一块分配给该进程，将欲调入的页装入（动态增长型，全局空闲空间都可分配使用） 空闲空间不足时，可与其他任何进程页面置换。

　　　　　　　　　　　　　　　　“会使其他进程缺页率提高，影响运行”

　　　　　　　　　  可变跟配局部置换

　　　　　　　　　　　　　为每个进程分配一定数目的物理块 缺页时，只允许换出该进程在内存的页面，不影响其他进程执行。

　　　　　　　　　　　　　　 　　根据缺页率增减进程的物理块数：若频繁缺页中断，则系统再为进程分配若干物理快；若缺页率特别低，则适当减少分配给该进程的物理块。

 

③物理块的分配算法

　　平均分配算法

　　　　　　将所有可供分配的物理块平均分配给各进程

　　按比例分配算法

　　　　　　根据进程的大小按比例分配物理块

　　考虑优先权的分配算法

　　　　　　实际应用中，要照顾重要，急迫的作业尽快完成，为它分配较多的内存空间

 

 

3）调页策略

　　　　①何时调入页面 

　　　　　　预调页策略

　　　　　　请求调页策略

　　　　②从何处调入页面

　　　　　　　　在请求分页系统中的外存分为：

　　　　　　　　　　对换区：连续存放数据，读写速度较快

　　　　　　　　　　文件区：离散分配方式，i/o速度相对慢

发生缺页时，系统应从何处将缺页调入内存，分为三种情况

系统拥有足够的对换区空间： 进程运行前所有页面由文件区拷贝到对换区； 运行需要的页面全部从对换区调入内存，提高调页速度。 系统缺少足够的对换区空间： 不会被修改的部分，在文件区操作（即：直接从文件区调入，换出时不用写入文件，再调入时仍从文件区调入） 可能被修改的部分，在对换区操作。 UNIX方式：（随运行数据逐渐从文件区转到对换区） 未运行的页面从文件区调入； 曾经运行，但又被换出的页面放在对换区，下次调入应从对换区调入。 进程请求的共享页面

 

3页面置换算法：选择换出哪些页面的算法，其好坏直接影响系统的性能

　　　　应具有较低的缺页率

 

1）最佳置换算法：理论上的算法

　　优点：保证获得最低的缺页率

　　不足：无法实现     作为标准，评价其他算法

2）先进先出置换算法

　　先进入的先淘汰，既选择内存中驻留时间最久的页面予以淘汰

 

 

3）最近最久未使用置换算法

　　选择最近最久未使用的页面予以淘汰

 

4）轮转算法