《虛擬存儲(chǔ)管理》ppt課件

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1、第6章虛擬存儲(chǔ)管理本章要點(diǎn)●虛擬存儲(chǔ)器的引入●請(qǐng)求頁(yè)式存儲(chǔ)管理●請(qǐng)求段式存儲(chǔ)管理●6.1虛擬存儲(chǔ)器的引入前面介紹的存儲(chǔ)管理方案要求作業(yè)全部裝入內(nèi)存才可運(yùn)行。但這會(huì)出現(xiàn)兩種情況：●有的作業(yè)因太大，內(nèi)存裝不下而無(wú)法運(yùn)行。●系統(tǒng)中作業(yè)數(shù)太多，因系統(tǒng)容量有限只能讓少數(shù)作業(yè)先運(yùn)行。3局部性原理（理論基礎(chǔ)）1968年P(guān).Denning提出●程序執(zhí)行時(shí)，大多數(shù)情況下是順序執(zhí)行的?！襁^(guò)程調(diào)用會(huì)使程序的執(zhí)行軌跡從一部分內(nèi)存區(qū)域轉(zhuǎn)至另一部分區(qū)域，但過(guò)程調(diào)用的深度不會(huì)超過(guò)5。●程序中有許多循環(huán)語(yǔ)句，這些語(yǔ)句會(huì)重復(fù)多次執(zhí)行。●程序中對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的操作，往往局限在很小的范圍內(nèi)。局部性原理4局部性的表現(xiàn)●時(shí)間局部性程序

2、中的的某條指令一旦執(zhí)行，不久后會(huì)再次執(zhí)行。●空間局部性程序一旦訪問(wèn)某存儲(chǔ)單元，不久后會(huì)訪問(wèn)其附近的存儲(chǔ)單元。5虛擬存儲(chǔ)器的定義基于局部性理論，程序在執(zhí)行時(shí)常常會(huì)局部于某一存儲(chǔ)單元附近。一個(gè)進(jìn)程在運(yùn)行時(shí)，沒(méi)有必要將其全部裝入內(nèi)存，而僅將那些當(dāng)前要運(yùn)行的那部分裝入內(nèi)存，其余部分可以暫時(shí)留在磁盤。當(dāng)進(jìn)程訪問(wèn)不在內(nèi)存的那部分程序和數(shù)據(jù)時(shí)再將它調(diào)入內(nèi)存。如果此時(shí)內(nèi)存已滿，無(wú)法裝入新的程序和數(shù)據(jù)，可以將暫時(shí)不用的部分程序和數(shù)據(jù)置換出去，騰出內(nèi)存空間后再將需要的調(diào)入內(nèi)存，使進(jìn)程能繼續(xù)運(yùn)行。6虛擬存儲(chǔ)器的定義這樣一來(lái)，可以使得一個(gè)很大的程序在一個(gè)比較小的內(nèi)存空間上運(yùn)行；也可以使內(nèi)存中同時(shí)裝入更多的進(jìn)程并發(fā)

3、地執(zhí)行。從用戶角度看，系統(tǒng)具有的內(nèi)存容量要比實(shí)際大得多，所以稱為虛擬存儲(chǔ)器。7虛擬存儲(chǔ)器的定義所謂虛擬存儲(chǔ)器是指具有請(qǐng)求調(diào)入功能和置換功能，能從邏輯上對(duì)內(nèi)存容量進(jìn)行擴(kuò)充的一種存儲(chǔ)器系統(tǒng)?！耠x散性作業(yè)不裝入連續(xù)的存儲(chǔ)空間，內(nèi)存分配采用離散分配方●多次性一個(gè)作業(yè)被分割，被多次調(diào)入內(nèi)存。●對(duì)換性作業(yè)在運(yùn)行過(guò)程中換進(jìn)、換出內(nèi)存?！裉摂M性從邏輯上擴(kuò)充了內(nèi)存的容量。虛擬存儲(chǔ)器的特征8將虛擬存儲(chǔ)器用在頁(yè)式存儲(chǔ)管理系統(tǒng)中，進(jìn)程的多個(gè)頁(yè)根據(jù)需要調(diào)入內(nèi)存，當(dāng)內(nèi)存空間緊張時(shí)再將暫時(shí)不用的頁(yè)調(diào)出。因?yàn)轫?yè)是根據(jù)需要請(qǐng)求調(diào)入的，因此被稱為請(qǐng)求頁(yè)式存儲(chǔ)管理系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)請(qǐng)求頁(yè)式存儲(chǔ)管理系統(tǒng)，需要一定的硬件支持。除了需要一定

4、容量的內(nèi)存和外存兌換區(qū)之外，還需要頁(yè)表機(jī)制、缺頁(yè)中斷機(jī)構(gòu)和地址變換機(jī)構(gòu)?！?.2請(qǐng)求頁(yè)式存儲(chǔ)管理9●狀態(tài)位P：記錄該頁(yè)是否在內(nèi)存。P=1該頁(yè)在內(nèi)存；P=0該頁(yè)不在內(nèi)存?！裨L問(wèn)字段A：記錄該頁(yè)在一段時(shí)間內(nèi)被訪問(wèn)的次數(shù)。●修改位M：記錄該頁(yè)在內(nèi)存期間是否被修改過(guò)。M=1該頁(yè)調(diào)入內(nèi)存后被修改過(guò)；M=0該頁(yè)調(diào)入內(nèi)存后未被修改過(guò)。●外存地址：該頁(yè)在外存的地址。頁(yè)表的擴(kuò)充●6.2請(qǐng)求頁(yè)式存儲(chǔ)管理10缺頁(yè)中斷機(jī)構(gòu)主要表現(xiàn)在（與一般中斷的主要區(qū)別）：●在指令執(zhí)行期間產(chǎn)生和處理中斷信號(hào)。通常CPU外部中斷，是在每條指令執(zhí)行完畢后去檢查是否有中斷請(qǐng)求到達(dá)。而缺頁(yè)中斷是在指令執(zhí)行期間，發(fā)現(xiàn)所要訪問(wèn)的指令或數(shù)據(jù)不

5、在內(nèi)存時(shí)產(chǎn)生和處理。缺頁(yè)中斷是一種特殊的中斷11缺頁(yè)中斷機(jī)構(gòu)主要表現(xiàn)在（與一般中斷的主要區(qū)別）：●一條指令執(zhí)行期間，可能產(chǎn)生多次缺頁(yè)中斷。基于這些特性，系統(tǒng)中的硬件機(jī)構(gòu)應(yīng)能夠保存多次中斷時(shí)的狀態(tài)，并保存最后能返回到中斷前產(chǎn)生缺頁(yè)中斷的指令處繼續(xù)執(zhí)行。12地址變換機(jī)構(gòu)請(qǐng)求頁(yè)式存儲(chǔ)管理系統(tǒng)的地址變換機(jī)構(gòu)，是在頁(yè)式存儲(chǔ)管理系統(tǒng)基礎(chǔ)之上，為實(shí)現(xiàn)虛擬存儲(chǔ)器而增加了某些功能所形成的。增加的功能有產(chǎn)生和處理缺頁(yè)中斷、從內(nèi)存換出一頁(yè)和調(diào)出一頁(yè)。13地址變換機(jī)構(gòu)14請(qǐng)求頁(yè)式存儲(chǔ)管理駐留集管理駐留集管理包括以下內(nèi)容：●保證進(jìn)程正常運(yùn)行所需的最少物理塊數(shù)是多少？●為每個(gè)進(jìn)程分配物理塊時(shí)，其數(shù)目是固定的、還是可變

6、的？●如何為進(jìn)程置換物理塊，是局部置換？還是全局置換？15●物理塊越多越好！——虛擬？●隨著為進(jìn)程分配的物理塊數(shù)目的減少，將使進(jìn)程執(zhí)行中的缺頁(yè)率提高，從而降低進(jìn)程的執(zhí)行速度?！衲鼙ＷC進(jìn)程正常運(yùn)行所需的最小物理塊數(shù)是多少？這與計(jì)算機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)有關(guān)，取決于指令的格式、功能和尋址方式。最少物理塊數(shù)進(jìn)程正常運(yùn)行需要多少物理塊?16駐留集管理除了分配策略，系統(tǒng)還要考慮換出策略。在考慮換出一頁(yè)時(shí)，有兩種置換策略：局部置換和全局置換。局部置換策略是指在缺頁(yè)的進(jìn)程中選擇一頁(yè)換出。全局置換策略是指在所有駐留在內(nèi)存的頁(yè)中進(jìn)行選擇，不管它屬于哪個(gè)進(jìn)程。綜合分配策略和置換策略，固定分配就意味著使用局部置換?？勺兎?/p>

7、配策略顯然即可以采用局部置換策略，也可以采用全局置換策略。于是可以組合出以下三種適用的策略：17駐留集管理●固定分配、局部置換●為每個(gè)進(jìn)程分配固定頁(yè)數(shù)的內(nèi)存空間、且運(yùn)行過(guò)程中不變。●當(dāng)進(jìn)程缺頁(yè)時(shí)，只能從該進(jìn)程在內(nèi)存的幾個(gè)頁(yè)面中選出一頁(yè)換出，然后再調(diào)入一頁(yè)，保證進(jìn)程的頁(yè)數(shù)不變?！窨勺兎峙洹⑷种脫Q●系統(tǒng)開始先為每個(gè)進(jìn)程分配一定數(shù)目的物理塊。整個(gè)系統(tǒng)有一空閑物理塊鏈，當(dāng)某進(jìn)程缺頁(yè)時(shí)，系統(tǒng)從空閑鏈中選出一塊分配給進(jìn)程?！窨臻e鏈