1.問(wèn)題的引入

簡(jiǎn)單存儲(chǔ)：要求將一個(gè)進(jìn)程所需的程序和數(shù)據(jù)全部裝入內(nèi)存方可執(zhí)行。這樣的系統(tǒng)存在兩個(gè)很嚴(yán)重的問(wèn)題。其一，對(duì)于大進(jìn)程，如果其所需內(nèi)存空間超過(guò)了內(nèi)存的最大容量，則無(wú)法運(yùn)行。其二，對(duì)于多道程序系統(tǒng)，由于每一個(gè)進(jìn)程需要全部裝入內(nèi)存，使同時(shí)駐留內(nèi)存的進(jìn)程數(shù)量受到限制。雖然也可以通過(guò)提高內(nèi)存容量來(lái)解決，但是代價(jià)太高。 如果能將一部分價(jià)格較低的外存空間當(dāng)作內(nèi)存使用，從邏輯上擴(kuò)充內(nèi)存容量。那么，將獲得更高的性價(jià)比。

2.虛擬存儲(chǔ)技術(shù)的理論依據(jù)

程序執(zhí)行的局部性原理：程序的執(zhí)行總是呈現(xiàn)局部性。即在一個(gè)較短的時(shí)間段內(nèi)，程序的執(zhí)行僅限于某個(gè)部分；相應(yīng)的，它所訪問(wèn)的存儲(chǔ)空間也局限于某個(gè)區(qū)域。因此，只要保證進(jìn)程執(zhí)行所需的部分程序和數(shù)據(jù)駐留在內(nèi)存，一段時(shí)間內(nèi)進(jìn)程都能順利執(zhí)行。

3.實(shí)現(xiàn)虛擬存儲(chǔ)的一般過(guò)程?

step1：進(jìn)程運(yùn)行之前，僅需要將一部分頁(yè)面或段裝入內(nèi)存，便可啟動(dòng)運(yùn)行，其余部分暫時(shí)保留在磁盤上。
step2：進(jìn)程運(yùn)行時(shí)，如果它所需要訪問(wèn)的頁(yè)面（段）已經(jīng)裝入內(nèi)存，則可以繼續(xù)執(zhí)行下去；:如果其所需要訪問(wèn)的頁(yè)面（段）尚未裝入內(nèi)存，則發(fā)生缺頁(yè)（段）中斷，進(jìn)程阻塞。此時(shí)，系統(tǒng)將啟動(dòng)請(qǐng)求調(diào)頁(yè)（段）功能，將進(jìn)程所需的頁(yè)（段）裝入內(nèi)存。
step3：如果當(dāng)前內(nèi)存已滿，無(wú)法裝入新的頁(yè)（段），則還需要利用頁(yè)（段）置換功能，將內(nèi)存中暫時(shí)不用的頁(yè)（段）交換到磁盤上，以騰出足夠的內(nèi)存空間。再將進(jìn)程所需的頁(yè)（段）裝入內(nèi)存，喚醒阻塞的進(jìn)程，使之重新參與調(diào)度執(zhí)行。

3.1什么是虛擬存儲(chǔ)？

通過(guò)系統(tǒng)提供的缺頁(yè)/段中斷功能和交換技術(shù)，動(dòng)態(tài)裝入進(jìn)程的程序代碼和數(shù)據(jù)，使得一個(gè)大的用戶程序能在一個(gè)相對(duì)較小的內(nèi)存空間中運(yùn)行，也使得有限的內(nèi)存能同時(shí)容納更多的進(jìn)程。
習(xí)慣上，人們把這種用戶感覺(jué)上的、由實(shí)際內(nèi)存和部分外存共同構(gòu)成的存儲(chǔ)空間稱為虛擬存儲(chǔ)器。

3.2虛擬存儲(chǔ)技術(shù)的技術(shù)支持

首先，必須有相應(yīng)的硬件支持，用以實(shí)現(xiàn)虛擬分頁(yè)或虛擬分段存儲(chǔ)管理。
其次，操作系統(tǒng)必須提供相應(yīng)的軟件支持，管理頁(yè)或段在內(nèi)存和外存之間的移動(dòng)。

3.3虛擬存儲(chǔ)的基本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)?

由于虛擬存儲(chǔ)系統(tǒng)中，進(jìn)程的程序代碼和數(shù)據(jù)只有一部分在內(nèi)存，另一部分保存在外存。 在頁(yè)/段表項(xiàng)中增加一個(gè)“存在”字段，其值為0或1。增加一個(gè)“修改”字段，表明對(duì)應(yīng)頁(yè)/段自進(jìn)入內(nèi)存以來(lái)是否被修改過(guò)。只有被修改過(guò)的頁(yè)/段才需要保存到外存，若需要將未修改過(guò)的頁(yè)/段換出內(nèi)存，只需要將新裝入的頁(yè)/段直接覆蓋其存儲(chǔ)區(qū)域，而不必將其內(nèi)容保存到外存。

3.4虛擬存儲(chǔ)的好處

第一，可以運(yùn)行大程序，包括超過(guò)內(nèi)存實(shí)際容量的大程序。
第二，可以在有限的物理內(nèi)存中運(yùn)行更多的程序。多道程序系統(tǒng)的度不再受到物理內(nèi)存空間的限制。

3.5虛擬存儲(chǔ)的典型問(wèn)題 -抖動(dòng)（thrashing）

當(dāng)進(jìn)程要求裝入新的頁(yè)面或程序段時(shí)，如果當(dāng)前沒(méi)有足夠的空閑空間，需要交換一些頁(yè)面或段到外存。如果被交換出去的頁(yè)面或段很快將被進(jìn)程使用，則又需要將其換入內(nèi)存。如果系統(tǒng)花費(fèi)大量的時(shí)間把程序和數(shù)據(jù)頻繁地裝入和移出內(nèi)存而不是執(zhí)行用戶指令，那么，稱系統(tǒng)出現(xiàn)了抖動(dòng)。出現(xiàn)抖動(dòng)現(xiàn)象時(shí)，系統(tǒng)顯得非常繁忙，但是吞吐量很低，甚至產(chǎn)出為零。根本原因：選擇的頁(yè)面或段不恰當(dāng)。

4.虛擬存儲(chǔ)分頁(yè)技術(shù)

建立在簡(jiǎn)單分頁(yè)存儲(chǔ)管理系統(tǒng)之上，是目前常用的一種虛擬存儲(chǔ)管理技術(shù)。

4.1地址變換

基于簡(jiǎn)單存儲(chǔ)分頁(yè)系統(tǒng)增加了某些功能，如產(chǎn)生和處理缺頁(yè)中斷，以及從內(nèi)存中換出頁(yè)面等。進(jìn)程執(zhí)行時(shí)，首先通過(guò)根據(jù)邏輯地址中的頁(yè)號(hào)，查找快表中是否存在對(duì)應(yīng)的頁(yè)表項(xiàng)。若快表中不存在該頁(yè)表項(xiàng)，則再查找頁(yè)表。檢查對(duì)應(yīng)的頁(yè)面是否在內(nèi)存中存在。若該頁(yè)面不在內(nèi)存，啟動(dòng)缺頁(yè)中斷處理例程，裝入需要的頁(yè)面，并更新頁(yè)表和快表。若該頁(yè)面已經(jīng)在內(nèi)存中，將對(duì)應(yīng)的頁(yè)表項(xiàng)插入快表中，更新快表。若快表中存在該表項(xiàng)，則直接取出其中的頁(yè)框號(hào)，加上頁(yè)內(nèi)偏移量，計(jì)算出物理地址。?

4.2缺頁(yè)中斷處理過(guò)程

（1）操作系統(tǒng)接收到進(jìn)程產(chǎn)生的缺頁(yè)中斷信號(hào)，啟動(dòng)中斷處理例程，保留處理機(jī)現(xiàn)場(chǎng)；
（2）操作系統(tǒng)通知處理機(jī)從外存讀取指定的頁(yè)面；
（3）處理機(jī)激活I(lǐng)/O設(shè)備；
（4） 檢查內(nèi)存有無(wú)足夠的空閑空間裝入該頁(yè)面？若有，轉(zhuǎn)（6），否則，執(zhí)行（5）；
（5） 利用頁(yè)面置換算法，選擇內(nèi)存中的某個(gè)頁(yè)面，換出內(nèi)存；
（6） 將指定頁(yè)面從外存裝入內(nèi)存；
（7） 更新該進(jìn)程的頁(yè)表；
（8） 更新快表；
（9）計(jì)算物理地址。

5.虛擬存儲(chǔ)分段技術(shù)?

建立在簡(jiǎn)單存儲(chǔ)分段系統(tǒng)基礎(chǔ)上，利用動(dòng)態(tài)分區(qū)技術(shù)分配存儲(chǔ)空間，并以段作為交換的單位。進(jìn)程執(zhí)行之前，系統(tǒng)為之分配幾個(gè)必要的內(nèi)存分區(qū)，每一個(gè)分區(qū)中裝入一段。當(dāng)進(jìn)程執(zhí)行過(guò)程中，出現(xiàn)缺段中斷時(shí)，操作系統(tǒng)將為進(jìn)程裝入需要的程序段。

5.1數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

需要修改段表，增加“存在”字段和“修改”字段，分別標(biāo)明對(duì)應(yīng)段是否存在于內(nèi)存，以及內(nèi)存中的段自裝入以來(lái)是否被修改過(guò)。

5.2地址變換與存儲(chǔ)保護(hù)

在簡(jiǎn)單分段系統(tǒng)的地址變換機(jī)構(gòu)基礎(chǔ)上形成的。?
越界檢查：可能產(chǎn)生一個(gè)地址越界中斷，進(jìn)入相應(yīng)的中斷處理例程執(zhí)行。一般地，當(dāng)?shù)刂吩浇缰袛嗵幚硗戤?#xff0c;該進(jìn)程將異常結(jié)束。
操作合法性檢查：如果屬于非法操作，產(chǎn)生非法訪問(wèn)中斷，這時(shí)也會(huì)讓進(jìn)程異常終止。
缺段處理：執(zhí)行進(jìn)程被阻塞。并產(chǎn)生一個(gè)中斷信號(hào)，處理機(jī)執(zhí)行缺段中斷處理例程。

6.虛擬存儲(chǔ)段頁(yè)式技術(shù)?

虛擬存儲(chǔ)段頁(yè)式系統(tǒng)中，程序和數(shù)據(jù)通常以頁(yè)面為單位被系統(tǒng)裝入和移出內(nèi)存。因此，一般不需要在段表項(xiàng)中增加“存在”字段和“修改”字段，而將它們放在頁(yè)表中。段表中需要保留基于段的保護(hù)與存儲(chǔ)共享等目的的存取控制信息，頁(yè)表中設(shè)置基于頁(yè)的控制信息。?

6.1地址變換

首先，通過(guò)根據(jù)段號(hào)和頁(yè)號(hào)，查找快表中是否存在對(duì)應(yīng)的頁(yè)表項(xiàng)。若快表中不存在該頁(yè)表項(xiàng)，則再查找段表。然后，檢索段號(hào)對(duì)應(yīng)的段表項(xiàng)，找到對(duì)應(yīng)段的頁(yè)表起始地址。再根據(jù)頁(yè)號(hào)檢索該頁(yè)表，檢查對(duì)應(yīng)頁(yè)面是否在內(nèi)存。若該頁(yè)面不在內(nèi)存，啟動(dòng)缺頁(yè)中斷處理例程，裝入需要的頁(yè)面，并更新頁(yè)表和快表。若該頁(yè)面已經(jīng)在內(nèi)存中，將對(duì)應(yīng)的頁(yè)表項(xiàng)插入快表中，更新快表。若快表中存在該表項(xiàng)，則直接取出其中的頁(yè)框號(hào)，加上頁(yè)內(nèi)偏移量，計(jì)算出物理地址。?

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的[OS复习]虚拟存储管理技术 1的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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