第六课虚拟存储器 (Virtual Memory) 教学目的: 为了在内存空间运行超过内存总容量的大作业,或 者同时运行大量作业,解决的方法是从逻辑上扩充 内存容量,这正是虚拟存储技术所要解决的主要问 题。本课要介绍虚拟存储技术实现的各种方案,每 种方案所需的硬件和软件支持
第六课 虚拟存储器 (Virtual Memory) 教学目的： 为了在内存空间运行超过内存总容量的大作业，或 者同时运行大量作业，解决的方法是从逻辑上扩充 内存容量，这正是虚拟存储技术所要解决的主要问 题。本课要介绍虚拟存储技术实现的各种方案，每 种方案所需的硬件和软件支持
教学要求: 掌握虚拟存储器的理论基础和定义,熟悉虚拟存 储器实现方式和特征。 掌握请求分页的页表机制、缺页中断机构和地址 变换机构,熟悉页面的分配和置换策略、页面的 分配的算法。 熟练掌握最佳置换算法、先进先出(FIFO)置换 算法、最近最久未使用置换算法LRU,掌握 Clock 置换算法和页面缓冲算法;掌握有效访问时间计 算,熟悉工作集概念。 掌握请求分段的段表机制、缺段中断机构和地址 变换机构,熟悉分段的共享和保护
教学要求： • 掌握虚拟存储器的理论基础和定义，熟悉虚拟存 储器实现方式和特征。 • 掌握请求分页的页表机制、缺页中断机构和地址 变换机构，熟悉页面的分配和置换策略、页面的 分配的算法。 • 熟练掌握最佳置换算法、先进先出（FIFO）置换 算法、最近最久未使用置换算法LRU，掌握Clock 置换算法和页面缓冲算法；掌握有效访问时间计 算，熟悉工作集概念。 • 掌握请求分段的段表机制、缺段中断机构和地址 变换机构，熟悉分段的共享和保护
(一)虚拟存储器的基本概念 (1)虚拟存储器的引入 1.局部性原理 早在1968年P. Denning就指出过,程序在执行时将呈现出局 部性规律,即在一段时间内,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内。那么程 序为什么会出现局部性规律呢?原因可以归结为以下几点: °程序在执行时,除了少部分的转移和过程调用指令外,大多 数仍是顺序执行的 子程序调用将会使程序的执行由一部分内存区域转至另一部 分区域。但在大多数情况下,过程调用的深度都不超过5。 程序中存在许多循环结构,循环体中的指令被多次执行。 程序中还包括许多对数据结构的处理,如对连续的存储空 间——数组的访问,往往局限于很小的范围内
（一）虚拟存储器的基本概念 （1）虚拟存储器的引入 1．局部性原理 早在1968年P．Denning就指出过，程序在执行时将呈现出局 部性规律，即在一段时间内，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内。那么程 序为什么会出现局部性规律呢？原因可以归结为以下几点： • 程序在执行时，除了少部分的转移和过程调用指令外，大多 数仍是顺序执行的。 • 子程序调用将会使程序的执行由一部分内存区域转至另一部 分区域。但在大多数情况下，过程调用的深度都不超过5。 • 程序中存在许多循环结构，循环体中的指令被多次执行。 • 程序中还包括许多对数据结构的处理，如对连续的存储空 间——数组的访问，往往局限于很小的范围内
虚拟存储器的引入-1 所以局限性表现为: 时间局限性:如果程序中的某条指令一旦执行,则不久的 将来该指令可能再次被执行;如果某个存储单元被访问,则 不久以后该存储单元可能再次被访问。产生时间局限性的典 型原因是在程序中存在着大量的循环操作 空间局限性:一且程序访问了某个存储单元,则在不久的 将来,其附近的存储单元也最有可能被访问。即程序在 段时间内所访问的地址,可能集中在一定的范围内,其典型 原因是程序是顺序执行的 2。虚拟存储器的定义 根据局部性原理,一个作业在运行之前,没有必要把全部作 业装入内存,而仅将那些当前要运行的那部分页面或段,先 装入内存便可启动运行,其余部分暂时留在磁盘上
虚拟存储器的引入-1 所以局限性表现为： 时间局限性：如果程序中的某条指令一旦执行，则不久的 将来该指令可能再次被执行；如果某个存储单元被访问，则 不久以后该存储单元可能再次被访问。产生时间局限性的典 型原因是在程序中存在着大量的循环操作。 空间局限性：一旦程序访问了某个存储单元，则在不久的 将来，其附近的存储单元也最有可能被访问。 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内，其典型 原因是程序是顺序执行的。 2。虚拟存储器的定义 根据局部性原理，一个作业在运行之前，没有必要把全部作 业装入内存，而仅将那些当前要运行的那部分页面或段，先 装入内存便可启动运行，其余部分暂时留在磁盘上
虚拟存储器的引入-2 程序在运行时如果它所要访问的页(段)已调入内存,便可 继续执行下去;但如果程序所要访问的页(段)尚未调入内 存(称为缺页或缺段),此时程序应利用0S所提供的请求调 页(段)功能,将它们调入内存,以使进程能继续执行下去。 如果此时内存已满,无法再装入新的页(段),则还须再利 用页(段)的置换功能,将内存中暂时不用的页(段)调出 至磁盘上,腾出足够的内存空间后,再将所要访问的页(段) 调入内存,使程序继续执行下去。这样,便可使一个大的用 户程序在较小的内存空间中运行;也可使内存中同时装入更 多的进程并发执行。从用户角度看,该系统所具有的内存容 量,将比实际内存容量大得多,人们把这样的存储器称为虚 拟存储器
虚拟存储器的引入-2 程序在运行时如果它所要访问的页（段）已调入内存，便可 继续执行下去；但如果程序所要访问的页（段）尚未调入内 存（称为缺页或缺段），此时程序应利用OS所提供的请求调 页（段）功能，将它们调入内存，以使进程能继续执行下去。 • 如果此时内存已满，无法再装入新的页（段），则还须再利 用页（段）的置换功能，将内存中暂时不用的页（段）调出 至磁盘上，腾出足够的内存空间后，再将所要访问的页（段） 调入内存，使程序继续执行下去。这样，便可使一个大的用 户程序在较小的内存空间中运行；也可使内存中同时装入更 多的进程并发执行。从用户角度看，该系统所具有的内存容 量，将比实际内存容量大得多，人们把这样的存储器称为虚 拟存储器