操作系统(5.1)--虚拟储存器

系统管理员 2024-03-16 17:27 97阅读 0赞

**目录**

常规存储管理方式的特征和局部性原理

1.常规存储器管理方式的特征

2.局部性原理

3.虚拟存储器的基本工作情况

虚拟储存器的定义和特征

1.虚拟存储器的定义

2.虚拟存储器的特征

虚拟储存器的实现方式

1.分页请求系统

2.请求分段系统

例题

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### 常规存储管理方式的特征和局部性原理 ###

#### 1.常规存储器管理方式的特征 ####

一次性。即作业在运行前需一次性地全部装入内存。

驻留性。即作业装入内存后，便一直驻留在内存中，直至作业运行结束。

由此可以看出，上述的一次性及驻留性，使许多在程序运行中不用或暂不用的程序(数据)占据了大量的内存空间，使得一些需要运行的作业无法装入运行。现在要研究的问题是：一次性及驻留性在程序运行时是否是必需的。

#### 2.局部性原理 ####

局部性原理：程序在执行时将呈现出局部性规律，即在一较短的时间内，程序的执行仅局限于某个部分；相应地，它所访问的存储空间也局限于某个区域：

*  (1)程序执行时，除了少部分的转移和过程调用指令外，在大多数情况下仍是顺序执行的。
 *  (2)过程调用将会使程序的执行轨迹由一部分区域转至另一部分区域，但经研究看出，过程调用的深度在大多数情况下都不超过5。
 *  (3)程序中存在许多循环结构，这些虽然只由少数指令构成，但是它们将多次执行。
 *  (4)程序中还包括许多对数据结构的处理，如对数组进行操作，它们往往都局限于很小的范围内。

局限性还表现在下述两个方面：

(1）时间局限性。如果程序中的某条指令一旦执行，则不久以后该指令可能再次执行；如果某数据被访问过，则不久以后该数据可能再次被访问。产生时间局限性的典型原因是由于在程序中存在着大量的循环操作。

(2）空间局限性。一旦程序访问了某个存储单元，在不久之后，其附近的存储单元也将被访问，即程序在一段时间内所访问的地址，可能集中在一定的范围之内，其典型情况便是程序的顺序执行。

综上所述：程序只要装入内存一部分就可以运行，当用到不在内存的部分时，再将其装入内存。换句话就是说程序全部装入内存并不是程序运行的必要条件。

#### 3.虚拟存储器的基本工作情况 ####

基于局部性原理可知，程序只要装入内存一部分就可以运行，当用到不在内存的部分时，再将其装入内存。换句话就是说程序全部装入内存并不是程序运行的必要条件。

### 虚拟储存器的定义和特征 ###

#### 1.虚拟存储器的定义 ####

所谓虚拟存储器是指具有请求调入功能和置换功能，能从逻辑上对内存容量加以扩充的一种存储器系统。其逻辑容量由内存容量和外存容量之和所决定，其运行速度接近于内存速度，而每位的成本却又接近于外存。

#### 2.虚拟存储器的特征 ####

(1)多次性

多次性是指一个作业被分成多次调入内存运行，亦即在作业运行时没有必要将其全部装入，只需将当前要运行的那部分程序和数据装入内存即可；以后每当要运行到尚未调入的那部分程序时，再将它调入。多次性是虚拟存储器最重要的特征。

(2)对换性

对换性是指允许在作业的运行过程中进行换进、换出，亦即，在进程运行期间，允许将那些暂不使用的程序和数据，从内存调至外存的对换区(换出），待以后需要时再将它们从外存调至内存(换进)；甚至还允许将暂时不运行的进程调至外存，待它们重又具备运行条件时再调入内存。换进和换出能有效地提高内存利用率。

(3)虚拟性

虚拟性是指能够从逻辑上扩充内存容量，使用户所看到的内存容量远大于实际内存容量。这是实现虚拟存储器的最重要的目标。虚拟性是以多次性和对换性为基础的，而多次性和对换性必须建立在离散分配的基础上。

### 虚拟储存器的实现方式 ###

虚拟存储器的实现，都是建立在离散分配的存储管理方式的基础上的。

#### 1.分页请求系统 ####

这是在分页系统的基础上，增加了请求调页功能和页面置换功能所形成的页式虚拟存储系统。置换时以页面为单位。

为了能实现请求调页和置换功能，系统必须提供必要的硬件支持和相应的软件。

1）硬件支持主要的硬件支持有：

*  ①请求分页的页表机制，它是在纯分页的页表机制上增加若干项而形成的，作为请求分页的数据结构；
 *  ②缺页中断机构，即每当用户程序要访问的页面尚未调入内存时，便产生一缺页中断，以请求OS将所缺的页调入内存；
 *  ③地址变换机构，它同样是在纯分页地址变换机构的基础上发展形成的。

2）实现请求分页的软件

这里包括有用于实现请求调页的软件和实现页面置换的软件。这些软件在硬件的支持下，将程序正在运行时所需的页面（尚未在内存中的）调入内存，再将内存中暂时不用的页面从内存置换到磁盘上。

#### 2.请求分段系统 ####

这是在分段系统的基础上，增加了请求调段及分段置换功能后所形成的段式虚拟存储系统。它允许只装入少数段（而非所有的段）的用户程序和数据，即可启动运行。以后再通过调段功能和段的置换功能将暂不运行的段调出，同时调入即将运行的段。置换是以段为单位进行的。

硬件支持。一般需要下列支持：

*  (1)请求分段的段表机制。这是在纯分段的段表机制基础上增加若干项而形成的。
 *  (2)缺段中断机构。每当用户程序所要访问的段尚未调入内存时，产生一个缺段中断，请求OS将所缺的段调入内存。
 *  (3)地址变换机构。

### 例题 ###

> 1、实现虚拟存储器的目的是（ ）。D  
> A.实现存储保护
> 
> B.实现程序浮动
> 
> C.扩充辅存容量
> 
> D.扩充主存容量
> 
> 2、虚拟存储管理系统的基础是程序的（ ）理论。A  
> A. 局部性
> 
> B. 全局性
> 
> C. 动态性
> 
> D. 虚拟性
> 
> 3、虚拟存储器有哪些特征？其中最本质的特征是什么？
> 
> 多次性、对换性、虚拟性
> 
> 虚拟性
> 
> 4、什么是虚拟存储器？为什么要在存储管理中引入虚拟存储器。  
> 答：  
> 虚拟存储器由内存和外存组成，使得程序的部分装入内存就能运行的技术，  
> 引入的目的有二：  
> 大作业能运行；  
> 提高内存利用率。
> 
>   
>