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1、虛擬存儲(chǔ)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(dòng)運(yùn)行，其余部分留在磁盤(pán)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(huì)比實(shí)際主存容量大很多，這樣的存儲(chǔ)器稱(chēng)為虛擬存儲(chǔ)器。

2、程序局部性原理

程序在執(zhí)行時(shí)會(huì)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(wèn)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(lái)可能會(huì)被再次執(zhí)行；如果某個(gè)存儲(chǔ)單元被訪問(wèn)，則不久后該存儲(chǔ)單元可能會(huì)被再次訪問(wèn)。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(wèn)了某個(gè)存儲(chǔ)單元，在不久的將來(lái)，它附件的存儲(chǔ)單元也有可能被訪問(wèn)。典型原因是程序是順序執(zhí)行的。

3、虛擬存儲(chǔ)器的實(shí)現(xiàn)原理

虛擬存儲(chǔ)器具有請(qǐng)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(duì)主存容量進(jìn)行擴(kuò)充的一種虛擬存儲(chǔ)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(chǔ)器實(shí)現(xiàn)方式

1、請(qǐng)求分頁(yè)系統(tǒng)

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

2、請(qǐng)求分段系統(tǒng)

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

3、請(qǐng)求分頁(yè)管理

請(qǐng)求分頁(yè)是在純分頁(yè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加了請(qǐng)求調(diào)頁(yè)功能、頁(yè)面置換功能所形成的頁(yè)式虛擬存儲(chǔ)系統(tǒng)。是目前最常用的一種虛擬存儲(chǔ)器的方式。

請(qǐng)求分頁(yè)的頁(yè)表機(jī)制是在純分頁(yè)的頁(yè)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(pán)上，因此需要在頁(yè)表中增加（狀態(tài)位、訪問(wèn)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(qǐng)求分頁(yè)系統(tǒng)中的地址變換機(jī)構(gòu)是在分頁(yè)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(yè)中斷、從主存中轉(zhuǎn)出一頁(yè)實(shí)現(xiàn)虛擬存儲(chǔ)。

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

3.1 缺頁(yè)中斷和一般中斷的區(qū)別

1、缺頁(yè)中斷是在指令執(zhí)行期間產(chǎn)生和中斷處理信號(hào)；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(hào)。

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

3、一條指令在執(zhí)行期間可能會(huì)產(chǎn)生多次缺頁(yè)中斷。

4、頁(yè)面置換法

在進(jìn)程運(yùn)行過(guò)程中，如果發(fā)生缺頁(yè)，此時(shí)主存中無(wú)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(yè)程序或數(shù)據(jù)傳送磁盤(pán)對(duì)換區(qū)。系統(tǒng)要決定哪個(gè)頁(yè)面調(diào)出，需要根據(jù)一定的頁(yè)面置換算法來(lái)確定。置換算法的優(yōu)劣會(huì)直接影響系統(tǒng)的性能，不好的算法可能會(huì)造成系統(tǒng)抖動(dòng)。即剛被換出的頁(yè)很快又被訪問(wèn)，需重新調(diào)入，導(dǎo)致系統(tǒng)頻繁更換頁(yè)面。這樣會(huì)把進(jìn)程的運(yùn)行時(shí)間花費(fèi)在頁(yè)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(zhǎng)時(shí)間內(nèi)不再被訪問(wèn)的頁(yè)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(yè)面，也就是選擇在主存中駐留時(shí)間最久的頁(yè)面置換掉。

特點(diǎn)：最直觀、性能最差的算法。會(huì)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(yè)面，有可能出現(xiàn)分配的頁(yè)面數(shù)增多但缺頁(yè)率提高的異常現(xiàn)象。

3、最近最少使用置換法 LRU

把最近最少使用的頁(yè)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(méi)有使用過(guò)的頁(yè)面置換掉。是一種和LRU接近的算法。

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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的计算机系统基础：虚拟存储管理知识笔记的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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