操作系统第四章3讲解.ppt

第四章 存储器管理;§5.1 虚拟存储器;§5.1 虚拟存储器;§5.1 虚拟存储器;§5.1 虚拟存储器;§5.1 虚拟存储器;① 页式虚拟存储 它是在分页系统的基础上，增加了请求调页功能、页面置换功能所形成的虚拟存储系统。 系统必须提供的硬件支持： 请求分页的页表机构 缺页中断机构 地址变换机构 ;选择题：____存储扩充方式，能够实际增加存储单元。 A)覆盖技术 B)交换技术 C)物理扩充 D)虚拟存储技术 填空题：分区存储管理方案不能实现虚拟的原因是______。 简答题：覆盖技术与虚拟存储技术有何本质不同？交换技术与虚存中使用的调入/调出技术有何相同与不同之处？ 参考答案：覆盖技术与虚拟存储技术最本质的不同在于覆盖的程序段的最大长度要受到物理内存容量的限制,而虚拟存储器的最大长度不受物理内存容量的限制,只受计算机地址结构的限制。另外,使用覆盖技术要求程序员必须精心地设计程序及其数据结构,使得要覆盖的段具有相对独立性,不存在直接联系或相互交叉访问。而虚拟存储技术对用户的程序段之间没有此要求。 交换技术与虚存中使用的调入/调出技术的主要相同点是都要在内存与外存之间交换信息。交换技术与虚存中使用的调入/调出技术的主要区别在于：交换技术换进换出整个进程，因此一个进程的大小受物理存储器的限制；而虚存中使用的调入/调出技术在内存和外存之间来回传递的是存储页或存储段，而不是整个进程，从而使得进程的地址映射具有了更大的灵活性，且允许进程的大小比可用的物理存储空间大得多。;何谓虚拟存储器?举一例说明操作系统是如何实现虚拟内存的。 （西交大1999） 在操作系统中,通过一些硬件和软件的措施为用户提供了一个其容量比实际主存大得多的存储器,称为虚拟存储器。 操作系统要实现虚拟内存,必须把主存和辅存统一管理起来,即大作业程序在执行时,有一部分地址空间在主存,另一部分在辅存,当访问的信息不在主存时,由操作系统将其调入主存并实现自动覆盖功能,使用户在编写程序时不再受主存容量的限制。 例如在请求分页存储管理系统中,用户作业的所有页面并不一定都在实存,在作业运行过程中再请求调入所用的虚页。为了实现从逻辑地址空间到物理地址空间的变换,在硬件上必须提供一套地址变换机构,动态地址变换机构自动地将所有的逻辑地址划分为页号和页内地址两部分,并利用页表将页号代之以块号,把块号和页内地址拼接就得到了内存的物理地址,从而实现了虚拟存储器。;§5.2 请求分页技术;页表机制：纯分页的页表只有两项：页号和物理块。而请求分页存储管理增加了调入功能和置换功能，故需在页表中增加若干项，供程序在换进换出时参考。下面所示是一请求分页系统中的页表：;请求分页存储管理示意图：;§5.2 请求分页技术;每当所要访问的页面不在内存时，便产生一缺页中断。同样需要经历诸如：保护CPU环境、分析中断、转入缺页中断处理程序进行处理、恢复CPU环境等几个步骤。 与一般中断相比的区别： 1、一般中断在指令执行完后，检查是否有中断，缺页中断是在指令执行期间。 2、一条指令在执行期间，可能产生多次缺页中断。;页面大小问题;页面大小与缺页率;页面大小与软件策略;地址变换机构：请求分页系统中的地址变换机构，是在分页系统的地址变换机构的基础上，为实现虚拟存储器而增加了产生和处理缺页中断、页面置换等功能而形成的。下图给出了请求分页系统的地址变换过程。;请求分页中的地址变换过程;5.2.2 内存分配策略和分配算法;1. 最小物理块数的确定 ;2. 物理块的分配策略 ;1）固定分配局部置换 –思路：分配固定数目的内存空间（物理块），在整个运行期间都不改变。 –策略：如果缺页，则只能从该进程在内存的页面中选中一页，进行换出操作，然后再调入一页。 –特点：为每个进程分配多少物理块是合适的值难以确定。（少：置换率高 多：资源浪费）。 ;2）可变分配全局置换 –思路：每个进程预先分配一定数目的物理块，同时OS也保持一个空闲物理块队列。 –策略：当缺页时，首先将对OS所占有的空闲块进行分配，从而增加了各进程的物理块数。当OS的空闲块全部用完，将引起换出操作,OS从内存中选择一页，可能是系统中任一进程的页。 –是一种最易实现的策略 ;3）可变分配局部置换 –思路：先为每个进程预先分配一定数目的物理块，系统根据缺页率动态调整各进程占有的物理块数目，使其保持在一个比较低的缺页率状态下。 –策略：如果缺页，则先从该进程在内存的页面中选中一页，进行换出操作 –特点：使大部分进程可以达到比较近似的性能 ;3. 物理块分配算法 ;2) 按比例分配算法 根据进程的大小按比例分配物理块的算法。如果系统中共有n个进程，每个进程的页面数为Si，则系统中各进程页面数的总和为： 又假定系统中可用的物理块总