虚拟存储技术「建议收藏」

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一.实现内存扩充的技术：

（1）覆盖技术：

在程序运行中，在不同时刻把同一个存储区分配给不同程序段和数据段，实现存储区共享。适用于连续存储（单一连续区分配，分区）

如图BDG共享一个存储区（三个进程不同时发生），CEFH同理

（2）交换技术（对换技术）：

1.定义：

将内存中某进程的的程序和数据（全部或部分）写入外存的交换区，从而腾出内存空间给其他进程使用。

2.相关涉及知识：

磁盘交换区的管理：

磁盘空间划分为两个部分：文件区和交换区

二者的区别：

（1）存储方式不同：文件区信息已文件形式存放，多采用离散存储；交换区信息按字符流形式存放，多用连续存储。

（2）访问速度不同：文件区是间接地址访问（有目录，形成多级），访问时间较慢，而交换区是直接访问，速度较快。

（3）存储时间不同：文件区适合长久存储，交换区适合存放短期数据。

3.方式：对换作业  ， 对换进程。

(3）虚拟存储技术（对换页面/段面）

1.相关背景：

程序的局部性原理：在一个较短的时间内，程序执行中对内存地址的访问往往局限于一个较小的空间上。

按照这一原理，一个进程运行时，可不必将进程全部装载到进程中，只需把当前运行的部分程序和数据放到内存中，随着进程运行的不断推进，其余部分可随时装入，实现小内存运次那个大程序的效果。

2.虚拟存储的主要特点：

（1）离散性  （装入虚拟存储的进程以离散形式存放）

（2）多次性（任意进程或其中的一部分可以分多次装载到进程中）

（3）对换性（根据需要进程可以换进换出）

（4）虚拟性（虚拟出一个较大的逻辑空间）

3.虚拟存储的实现：

一.请求分页存储管理：

#1.数据结构：

位示图

页表

（结构）   ：    页号 状态（存在位） 帧号 外存位置 访问标识 修改位

若状态位（存在位）为0，说明缺页，则记录该缺页在外存中的位置，访问情况及修改情况。

#2.地址重定位过程：

（1）不发生缺页时：

当调度一个进程时，系统将其页表首址装入CPU中的页表控制寄存器。运行中用相对地址的高端部分作为页号去检索页表，看该页是否已在内存。若已在内存就按普通分页机制的方式直接生成物理地址，并将访问标志和修改标志设置好。

（2）发生缺页时：
若该页不在内存中，则发生缺页中断，通过中断处理机制将缺页调入到内存中。

中断处理过程：

(1) 保留进程上下文。

(2) 判断内存是否有空闲帧？若有，则获取一个帧号No，转（4）。

(3) 腾出一个空闲帧，即：

 (3)-1调用置换算法，选择一个淘汰页PTj。

                   (3)-2  PTj (S)0；

                   (3)-3  No PTj (F);。

                   (3)-4 若该页曾修改过，则：

                           (3)-4-1 请求外存交换区上一个空闲块B。

                           (3)-4-2  PTj (D)B。

                           (3)-4-3 启动I/O管理程序，将该页写到外存上。

 (4)按页表中提供的缺页外存位置，启动I/O，将缺页装入空闲帧中。

 (5)修改页表的状态字段。PTi(F)No；PTi(S)1。

 (6)结束。

涉及到缺页调入，则要考虑到缺页调入策略：

页面置换算法

主要有6种：

（1）最佳置换算法（OPT）：（理想状态下）

思想：每次选择在给出的页号序列中最城市间不再使用的页面置换出去。

（2）先进先出算法：

将最先进来的页调换出去，可以用栈，用栈底保存最开始的值，每次置换都换底。

（3）最近最久未使用算法（LRU）：

将最近最久未使用的页面置换出去，若用栈，则在（2）方法的基础上还要每次都要更新栈顶，相关的栈底也会改变

（4）最近最经常不使用（LFU）

（5）Clock（钟表）算法（近似LRU算法（NRU））

该算法中将被置换的候选帧集合构成一个环状缓冲区，并设一个循环移动指针。初始时，该指针指向缓冲区的头部。当某页被选择置换后，指针将顺序指向缓冲区的下一个帧。环状缓冲区中的每个候选帧关联一个“访问位”，记作A，当某帧的A=0时，说明该帧最近未被访问。显然，一个刚刚调入页面的帧，以及刚刚访问过的帧，其A=1。

（6）改进的clock算法：

为每个帧增设一个关联的“修改位”

A=0且M=0：该帧中所存的页面最近没有访问，也没有修改。

  l  A=1且M=0：该帧中所存的页面最近访问过，但没有修改。

  l  A=0且M=1：该帧中所存的页面最近没有访问，但修改了。

  l  A=1且M=1：该帧中所存的页面最近访问过，也修改过。

页面调入策略：

（1）从文件区调入

（2）从交换区调入

（3）从内存中的磁盘交换区调入

系统的有效访存时间T的估算

       T=（1-p）´ma + p ´（la+ ma）

           = ma- p´ma + p´la + p´ma

           = ma +p ´ la.

二.请求分段存储管理：

#1.数据结构：

段表

（结构）    段号   驻留位    内存基址   外存地址   长度   访问权限   访问位   修改位    增补位