操作系统(5.1)--虚拟储存器

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


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。


 

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