操作系统虚拟存储技术_虚拟存储

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             虚拟存储管理

     在前面总结了集中存储管理的刚上，要求作业的逻辑地址空间连续的存放主存储器

的某个区域中。当主存储器中没有足够大的区域是，则作业是无法装入的，或必须移动

某些作业后才能装入。是否有可能吧作业的连续逻辑地址空间分散到几个不连续的主存

区域，且仍能使作业正确执行呢？ 若可行的话，则可充分利用主存空间有可减少移动所

花费的开销。不仅如此，还可采用虚拟存储管理技术，实现在较小的主存空间里运行较

大的作业。

虚拟存储管理：实现较小主存空间运行较大的作业。

一、页式存储管理：把主存储器分成大学相当的许多区，每一个区称块，编制逻辑分成

页，页与块等大小。

    分页式存储器的逻辑地址由两部分组成：
            
例如：地址总长15，其中页号5，页内地址10——得出逻辑地址32

就是2的5次方得32，其中编号是从0—31；每页2的十次方为1024，编号从0—1023.

注意：1、 逻辑地址是连续的，编程序时无需考虑如何分页。

      2、分左右主存块可以不连续，可按页分散主存空间中。

1、页管理条件：
  1）怎样知道哪些块用或未用

  2）左右分散后如何正确执行

分配前提：首先空闲块能否满足左右要求。 

2、相关的计算：
  1）、块号=字号*字长  +  位号
  2）、柱面号=块号/32
  3）、磁头号=块号先Mod32  / 4
  4）、扇区号= 块号先Mod32 在Mod 4

3、页表和 地址转换（动态重定位）：

     在主存中空闲块能满足作业要求是，存储管理就找出这些空闲块分配给作业，同时

为作业建立一张页表，指出逻辑地址中的页号与主存中的块号的对应关系。

页表：首先空闲块能满足作业要求同时，为作业建一张表，指出逻址页号与主存中块号

对应关系。

页表长度：有作业所占页的多少而定。比如：四页——A页表长度四个登记项。

4、页式存储管理：
   1）、动态重定位方式装入作业，要硬件地址转换机构，逻址——绝址。
                地址=块号*块长+页内地址

   2）、页表放主存储器中，访问两次主存，一是读出页表，二是按计算出绝址进行读写。——延长指令执行周期，降低执行速度。
   3）、引入高速缓冲存储器。
快表：存放在高速缓冲存储器中的页表叫块表。

块表容量小，填满后要新登记，所以要淘汰旧的：“先进先出”发。

比如：主存储器200 ，高速缓冲存储器40（运行90%），如果没有高速缓冲存储器：

200+200=400

有了高速缓冲存储器的话：（200+40）*90%+（200+200)*10%=256

   4）、整个系统只一个高速缓冲存储器，只占用处理器者才能使用它。

快表是动态的，左右占处理器时快表在高速缓冲存储器中，否则快表在进程块中。

5、页表共享保护：页表共享可节省主存空间，所以共享又必须解决信息保护问题，

——在页表中增“标志”。比如“只可执行”、“只可读”、“只可写”表等。

二、虚拟存储器

什么是虚拟存储器呢？

    程序有些事互斥的，即把作业都装入主存中，作业的执行实际上没有同时执行这些

信息，有些在整个过程中甚至没有用到。所以我们能不能不把作业都同时准个人主存储

器中，而是将其中的一部分先装入主存中，另一部分先放入磁盘上，作业执行时要用到

不在存储器中信息时，在把他们调入主存储器中。

     从这我们引出，当主存空间小于作业需求是，作业也能执行，用户编制程序是可以

不必考虑主存储器的实际容量，可以用户逻辑地址空间大于主存储器的绝对地址空间，

这对于用户来说，好久计算机系统具有一个容量很大的主存储器，这称为虚拟存储器。

特点：

1、不把作业全同时装入主存，先装一部分，另一部分放磁盘，作业执行中用到不在主存

中的再将其装入主存。

2、主存空间小于作业需求量，作业也能执行，主存空间充分利用，不必考虑主存器实际

大小。

3、虚拟存储器容量有计算机的地址结构和辅助存储器容量决定。

4、实质上是为扩大主存容量而采用的一种管理技巧。

    允许用户逻辑 > 主存储器绝址空间。

对用户来说好像有一个容量很大的主存储器，这叫虚拟存储器。

程序互斥：程序一次运行中，执行了这部分程序，就不会去执行那部分程序。

三、页式 虚拟存储管理

1、页式管理如何改成虚拟存储器：将作业全信息作为副本存放磁盘上。

   支持哪些页已经在主存器，指出每一页副本在磁盘上的位置。若“1” 装，有硬件地

址转换机构差页表为“1”转绝址，如“0”发出“缺页中断”（该页不在主存器中，查

有无空闲块）

2、页面调度：欲调入一页是，主存器没有空闲块是，先调出已在主存器中某页，在调

入当前页，同时对页表做相应修改的方法叫页面调度。

调度法分类：
1）先进先出FIFO：淘汰呆最久那一页。（对于常用的不利）
2）最近最久未用Least Recently Used(LRU) 距离当前最长时间内没有用过的调出。
  （1）增加一个“引用位”标志，必须对每一页时时刻刻记录，更新；实现困难、开销大。
  （2）页号队列法：规定队首最久未用页，队尾最近页，所以发生中断时队首页面调出，比FIFO中断次数少，好。
3）最近不常用：（最近一段时间使用最少的。）

3、抖动（颠簸）：选用一不适调度法，刚被调出要立即用又被调入，调入不久有被调

出，频繁的调度，使大部分时间在来回的调度上的现象叫抖动。

4、多级页表：程序执行时有局部性的。
一级页表：：第一级的页面组表，成为一级页表。
二级页表：组内页面表，吧页表存 辅助存储器中。

注：一个主存块正好放一张表。

5、程序执行的过程：程序执行时一级页表——到主器地址转换，按逻辑地址查一级页

表——根据“标志位”至二级页表是否在主存中（在房屋2次），若没（访问4次）——

可按页号2查二级页表，表项若无，应先装入主存中。

二级页表不想把页表一次装入主存器，它是分散存放，用高速缓冲存储器加快地址转

换。

注：页表级别越多，灵活性越大，但是管理起来越复杂。

小结：

 首先了解什么是页式存储，再了解什么是虚拟存储，之后再结合起来页式虚拟存储

器，并且分别掌握他们对应的管理方式，调度方式和相应的计算就容易上手了。

  这在我们的现实生活中用处极大，比如自己的内存不够大，就可以建立虚拟内存，使

得计算机用起来顺手、方便。赶紧试一试，让自己的计算机运行起来更高效、更方便。