? ? ? ?分頁(yè)內(nèi)存分配和分段內(nèi)存分配可以解決程序在內(nèi)存中離散存放的問(wèn)題，但是，這個(gè)兩種方式都要求程序?qū)?span style="color:#ff0000;">整個(gè)裝入內(nèi)存。如果程序比內(nèi)存大，那么分頁(yè)和分段都無(wú)法解決這個(gè)問(wèn)題。其實(shí)一個(gè)程序在短時(shí)間內(nèi)的執(zhí)行可能局限于某小段程序范圍內(nèi)，這樣把程序全部調(diào)入內(nèi)存早成空間浪費(fèi)，可以只裝入一部分，進(jìn)程需要的其他數(shù)據(jù)存放在外存，當(dāng)需要的時(shí)候調(diào)入內(nèi)存。這樣做的好處：內(nèi)存中可以保存更多的進(jìn)程；進(jìn)程可以比主存大。

1.虛擬存儲(chǔ)器

? ? ? ?虛擬存儲(chǔ)是指請(qǐng)求調(diào)入功能和置換功能。給用戶(hù)的感覺(jué)是整個(gè)進(jìn)程被調(diào)入了內(nèi)存，其實(shí)是只有一部分，其余部分在外村。虛存就是內(nèi)存和外存之和。虛擬存儲(chǔ)需要解決如下幾個(gè)問(wèn)題：

? ? ?（1）地址映射：一個(gè)頁(yè)面可能多次被調(diào)入和調(diào)出內(nèi)存，每次在內(nèi)存的地址不同，這就需要將邏輯地址轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的物理地址，并且是動(dòng)態(tài)的。

? ? ?（2）分配策略：為了訪問(wèn)虛存中的任何部分，待訪問(wèn)的數(shù)據(jù)必須駐留在內(nèi)存。事先要提供一個(gè)種存儲(chǔ)器分配策略，以確定要調(diào)入的部分裝入到存儲(chǔ)器的哪個(gè)位置。

? ? ?（3）置換策略：當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)存空間不夠時(shí)，系統(tǒng)必須通過(guò)換出頁(yè)面來(lái)找到空間。系統(tǒng)可以將進(jìn)程某些不用的空間換出內(nèi)存，也可以將其他進(jìn)程頁(yè)面換出，如何取舍。

? ? ?（4）裝載控制：靜態(tài)裝載將進(jìn)程的所有虛擬存儲(chǔ)器裝載到內(nèi)存。動(dòng)態(tài)裝載只是用的時(shí)候才裝入。

2.請(qǐng)求分頁(yè)

? ? ? ?請(qǐng)求分頁(yè)存儲(chǔ)管理方式也叫虛擬頁(yè)式分配，是虛擬器存儲(chǔ)器的一種實(shí)現(xiàn)方法。所謂請(qǐng)求分頁(yè)是指在基本分頁(yè)上的基礎(chǔ)上增加請(qǐng)求調(diào)頁(yè)和頁(yè)面置換功能的一種存儲(chǔ)分配策略。純分頁(yè)系統(tǒng)中，進(jìn)程的所有頁(yè)面都在物理內(nèi)存中，而虛擬頁(yè)式分配，一個(gè)進(jìn)程只有部分頁(yè)在內(nèi)存中，一部分在外存中。一旦進(jìn)程訪問(wèn)的頁(yè)不在內(nèi)存，對(duì)進(jìn)程來(lái)說(shuō)就意味著缺頁(yè)，就通過(guò)缺頁(yè)中斷向操作系統(tǒng)發(fā)出一個(gè)請(qǐng)求，請(qǐng)求把內(nèi)存中位于外存的頁(yè)調(diào)入內(nèi)存。

? ? ?請(qǐng)求分頁(yè)的硬件支持：頁(yè)表需要加入幾個(gè)標(biāo)志項(xiàng)，缺頁(yè)中斷機(jī)構(gòu)和地址變換機(jī)構(gòu)。

? ? ? 內(nèi)存分配策略：分配給一個(gè)進(jìn)程的存儲(chǔ)量越小，內(nèi)存中容納的進(jìn)程數(shù)越多，但是進(jìn)程缺頁(yè)異常也就越頻繁。同時(shí)給進(jìn)程分配一定數(shù)量的物理塊后，由于局部原理，給該進(jìn)程分配更多的頁(yè)物理塊對(duì)該進(jìn)程的缺頁(yè)率無(wú)影響了。三種分配策略：

? ? ?（1）固定分配策略：分配給進(jìn)程的物理塊在運(yùn)行過(guò)程中不變，當(dāng)進(jìn)程發(fā)生缺頁(yè)時(shí)，從該進(jìn)程中占用的幾個(gè)物理塊找到一頁(yè)替換出去。

? ? ?（2）可變局部分配策略：內(nèi)存中每個(gè)進(jìn)程分配了一定數(shù)量的物理塊。但是系統(tǒng)中還有一個(gè)空閑物理塊。進(jìn)程發(fā)生缺頁(yè)時(shí)，先檢查空閑物理塊，如果有空的，直接分配給進(jìn)程。沒(méi)有空的，只能從進(jìn)程自己的空間中選一頁(yè)置換出去。

? ? ?（3）可變分配全局置換：一旦進(jìn)程發(fā)生缺頁(yè)，從整個(gè)內(nèi)存中選擇一頁(yè)置換出去。

? ? ? ?在采用固定分配時(shí)，可以按照進(jìn)程數(shù)平均分配給每個(gè)進(jìn)程等份的空間；可以按照進(jìn)程大小比例分配空間；考慮進(jìn)程優(yōu)先級(jí)分配。

3.頁(yè)面轉(zhuǎn)換算法

? ? ??當(dāng)頁(yè)不在內(nèi)存中，系統(tǒng)要選一頁(yè)移到外存中，下面介紹幾個(gè)固定分配局部置換的內(nèi)存分配策略：

? ? ?（1）最優(yōu)頁(yè)面置換算法（OPT）:缺頁(yè)時(shí)，當(dāng)前內(nèi)存中的這幾頁(yè)中，有的頁(yè)再也不用了，那么把該頁(yè)置換出是最好的。如果當(dāng)前內(nèi)存中的幾頁(yè)都要使用，選擇一個(gè)最后用到的頁(yè)把他轉(zhuǎn)換出去。

范例：內(nèi)存為某進(jìn)程分配三個(gè)物理塊（不能變了），進(jìn)程頁(yè)面走向如下：7 0 1 2 0 3 0 4 2 3 0 3 2 1 2 0 1 7 0 1

? ? ? ??7：發(fā)生缺頁(yè)中斷，調(diào)入內(nèi)存；? 0：發(fā)生缺頁(yè)中斷，調(diào)入內(nèi)存；1：發(fā)生缺頁(yè)中斷，調(diào)入內(nèi)存；2：需要從7,0,1中選擇一個(gè)置換，頁(yè)面7是第18個(gè)要訪問(wèn)的頁(yè)面，0是第5個(gè)要訪問(wèn)的頁(yè)面，1是第14個(gè)訪問(wèn)的頁(yè)面，所以選擇7置換，即內(nèi)存總還剩2 0 1。依次類(lèi)推。。。

注意：開(kāi)始內(nèi)存是空的，所以沒(méi)有頁(yè)面，這時(shí)也算缺頁(yè)異常。

? ? ? （2）先進(jìn)先出算法：總是選擇當(dāng)前系統(tǒng)中最早進(jìn)入內(nèi)存的那一頁(yè)置換出去。

范例：內(nèi)存為某進(jìn)程分配三個(gè)物理塊（不能變了），進(jìn)程頁(yè)面走向如下：7 0 1 2 0 3 0 4 2 3 0 3 2 1 2 0 1 7 0 1

? ? ? ?7：發(fā)生缺頁(yè)中斷，調(diào)入內(nèi)存；? 0：發(fā)生缺頁(yè)中斷，調(diào)入內(nèi)存；1：發(fā)生缺頁(yè)中斷，調(diào)入內(nèi)存；2：淘汰7，即內(nèi)存中0 1 2；2：已經(jīng)在內(nèi)存；0：在內(nèi)存；3：0是最早進(jìn)入內(nèi)存的，雖然前一次是0，但是因?yàn)閮?nèi)存中，已經(jīng)有了所以不算新進(jìn)入的。后面依次了退。。

? ? ? ? FIFO算法有時(shí)候會(huì)產(chǎn)生Belady現(xiàn)象，即分配給進(jìn)程空間增大，反而缺頁(yè)率增加了，其他算法沒(méi)有。

? ? ?（3）最近很少使用置換算法（LRU）：總是選擇當(dāng)前頁(yè)面中沒(méi)有被使用時(shí)間最久的那一頁(yè)，即使用最少的那一頁(yè)，將它換出出去。

范例：內(nèi)存為某進(jìn)程分配三個(gè)物理塊（不能變了），進(jìn)程頁(yè)面走向如下：7 0 1 2 0 3 0 4 2 3 0 3 2 1 2 0 1 7 0 1

最終的序列：（7 0 1）（2 1 0）（0 2 1）（3 0 2）（0 3 2）（4 0 3）（2 4 0）（3 2 4）（0 3 2）（3 0 2）。。。

? ? ?（4）clock算法：針對(duì)FIFO性能差，而LRU實(shí)現(xiàn)困難。Clock算法需要給每個(gè)物理塊增加一個(gè)附加位，稱(chēng)為使用位。當(dāng)某頁(yè)裝入內(nèi)存時(shí)，使用位設(shè)為1，物理塊被使用時(shí)，也被設(shè)為1。clock算法將頁(yè)面看作一個(gè)循環(huán)緩沖區(qū)，并且有一個(gè)指針與之關(guān)聯(lián)。當(dāng)需要進(jìn)行置換的時(shí)候，指針掃描，如果指針?biāo)傅捻?yè)面為0，則被置換。如果不為0，將其置0，繼續(xù)掃描下一塊，直到找到一個(gè)使用位為0的塊。如果所有位都是1，則掃描整個(gè)系統(tǒng)，回到指針開(kāi)始的位置替換該頁(yè)。所有的使用位為0，則指針指向的物理塊被替換。

? ? ? ?Unix的clock算法：unix不是在缺頁(yè)的時(shí)候才選擇置換，而是一次缺頁(yè)總是使用當(dāng)前空閑物理塊表中的一塊，如果沒(méi)有空閑塊，則進(jìn)程會(huì)被阻塞，直到有空閑塊。unix中有一個(gè)頁(yè)面守護(hù)進(jìn)程周期性醒來(lái)，然后選擇一些使用位為0的頁(yè)面置換出去。

? ? ?（5）改進(jìn)時(shí)鐘算法：時(shí)鐘算法只考慮了每一頁(yè)的使用頻率，并沒(méi)有考慮該頁(yè)是否被修改。如果系統(tǒng)中的某一頁(yè)被換出，而且它被修改了，那么需要把該頁(yè)重新寫(xiě)回外村（沒(méi)有被修改的時(shí)候，不要寫(xiě)到外存，直接替換）。為了區(qū)分是否被修改，額外添加一個(gè)修改位w。新頁(yè)面裝入內(nèi)存時(shí)，w=0，修改后，w=1。具有兩個(gè)附加位的物理塊中的頁(yè)具有以下四種情況：

? ? ? ? ? ? ? a.最近未被訪問(wèn)過(guò)，未被修改過(guò)（u=0，w=0）;//最適合換出的頁(yè)面

? ? ? ? ? ? ? b.最近未被訪問(wèn)過(guò)，被修改過(guò)（u=0，w=1）;//上面的沒(méi)有選擇這種頁(yè)面

? ? ? ? ? ? ? c.最近被訪問(wèn)過(guò)，未被修改過(guò)（u=1，w=0）;//上面的沒(méi)有選擇這種頁(yè)面

? ? ? ? ? ? ? c.最近被訪問(wèn)過(guò)，被修改過(guò)（u=1，w=1）;//上面的沒(méi)有選擇這種頁(yè)面

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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的内存管理之虚拟页式分配的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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