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1、虛擬存儲管理概念

一個(gè)計(jì)算機(jī)任務(wù)只需要部分裝入主存便可以啟動運(yùn)行，其余部分留在磁盤上，在需要的時(shí)候裝入主存，這樣可以提高主存空間的利用率。這樣該系統(tǒng)所具有的主存容量會比實(shí)際主存容量大很多，這樣的存儲器稱為虛擬存儲器。

2、程序局部性原理

程序在執(zhí)行時(shí)會呈現(xiàn)局部性規(guī)律，即在一段時(shí)間內(nèi)，程序的執(zhí)行僅局限于某個(gè)部分，相應(yīng)所訪問的空間也局限于某個(gè)區(qū)域內(nèi)。程序的局限性表現(xiàn)在時(shí)間、空間兩個(gè)方面。

2.1 時(shí)間局限性

是指程序中的某個(gè)指令一旦執(zhí)行，則在不久的將來可能會被再次執(zhí)行；如果某個(gè)存儲單元被訪問，則不久后該存儲單元可能會被再次訪問。產(chǎn)生時(shí)間局限性的原因是程序中存在大量的循環(huán)處理。

2.2 空間局限性

指一旦程序訪問了某個(gè)存儲單元，在不久的將來，它附件的存儲單元也有可能被訪問。典型原因是程序是順序執(zhí)行的。

3、虛擬存儲器的實(shí)現(xiàn)原理

虛擬存儲器具有請求調(diào)入功能和置換功能，能僅把作業(yè)的一部分裝入主存便運(yùn)行作業(yè)系統(tǒng)，能從邏輯上對主存容量進(jìn)行擴(kuò)充的一種虛擬存儲系統(tǒng)。其邏輯容量由主存和外存容量之和以及CPU可尋址的范圍決定，運(yùn)行速度接近主存速度。應(yīng)用十分廣泛。

3.1 虛擬存儲器實(shí)現(xiàn)方式

1、請求分頁系統(tǒng)

在分頁系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加了請求調(diào)頁功能和頁面裝置功能所形成的頁式虛擬存儲系統(tǒng)。置換時(shí)以頁面為單位。

2、請求分段系統(tǒng)

在分段系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加了請求調(diào)段和分段置換功能所形成的段式虛擬存儲系統(tǒng)。置換時(shí)以段為單位。

3、請求分頁管理

請求分頁是在純分頁系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加了請求調(diào)頁功能、頁面置換功能所形成的頁式虛擬存儲系統(tǒng)。是目前最常用的一種虛擬存儲器的方式。

請求分頁的頁表機(jī)制是在純分頁的頁表機(jī)制上形成的，因?yàn)橹粚?yīng)用程序的一部分調(diào)入主存，還有一部分仍在磁盤上，因此需要在頁表中增加（狀態(tài)位、訪問字段和輔存地址等）供程序（數(shù)據(jù)）在轉(zhuǎn)進(jìn)、轉(zhuǎn)出時(shí)參考。

請求分頁系統(tǒng)中的地址變換機(jī)構(gòu)是在分頁系統(tǒng)的地址變換結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上增加了某些功能。比如處理缺頁中斷、從主存中轉(zhuǎn)出一頁實(shí)現(xiàn)虛擬存儲。

在請求分頁系統(tǒng)中，每當(dāng)所要訪問的頁面不在主存時(shí)便要產(chǎn)生一個(gè)缺頁中斷，請求系統(tǒng)將所缺的頁調(diào)入主存，這個(gè)是由中斷機(jī)構(gòu)完成的。

3.1 缺頁中斷和一般中斷的區(qū)別

1、缺頁中斷是在指令執(zhí)行期間產(chǎn)生和中斷處理信號；一般中斷是在一條指令執(zhí)行完。下一條指令執(zhí)行前檢查和處理中斷信號。

2、發(fā)生缺頁中斷返回到被中斷指令的開始重新執(zhí)行該指令；一般中斷會返回到下一條指令。

3、一條指令在執(zhí)行期間可能會產(chǎn)生多次缺頁中斷。

4、頁面置換法

在進(jìn)程運(yùn)行過程中，如果發(fā)生缺頁，此時(shí)主存中無空閑塊時(shí)，為了保證進(jìn)程正常運(yùn)行，需要從主存中調(diào)出一頁程序或數(shù)據(jù)傳送磁盤對換區(qū)。系統(tǒng)要決定哪個(gè)頁面調(diào)出，需要根據(jù)一定的頁面置換算法來確定。置換算法的優(yōu)劣會直接影響系統(tǒng)的性能，不好的算法可能會造成系統(tǒng)抖動。即剛被換出的頁很快又被訪問，需重新調(diào)入，導(dǎo)致系統(tǒng)頻繁更換頁面。這樣會把進(jìn)程的運(yùn)行時(shí)間花費(fèi)在頁面置換的工作上，造成系統(tǒng)性能大大降低。

1、最佳置換算法

理想化的算法，選擇那些永遠(yuǎn)不被使用的、或者最長時(shí)間內(nèi)不再被訪問的頁面置換出去。該算法性能做好，但實(shí)現(xiàn)非常困難。

2、先進(jìn)先出置換算法

該算法的主要思想是淘汰最先進(jìn)入主存的頁面，也就是選擇在主存中駐留時(shí)間最久的頁面置換掉。

特點(diǎn)：最直觀、性能最差的算法。會出現(xiàn)Belady現(xiàn)象，即一個(gè)進(jìn)程未分配它所要求的全部頁面，有可能出現(xiàn)分配的頁面數(shù)增多但缺頁率提高的異?，F(xiàn)象。

3、最近最少使用置換法 LRU

把最近最少使用的頁面進(jìn)行置換掉。

4、最近未用置換算法

將最近一段時(shí)間沒有使用過的頁面置換掉。是一種和LRU接近的算法。

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總結(jié)

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