第五章虚拟存储器

一。页面置换算法
1．最佳置换算法（OPT）（理想置换算法）：
从主存中移出永远不再需要的页面；如无这样的页面存在，则选择最长时间不需要访问的页面。于所选择的被淘汰页面将是以后永不使用的，或者是在最长时间内不再被访问的页面，这样可以保证获得最低的缺页率。
2．先进先出置换算法（FIFO）：
是最简单的页面置换算法。这种算法的基本思想是：当需要淘汰一个页面时，总是选择驻留主存时间最长的页面进行淘汰，即先进入主存的页面先淘汰。其理由是：最早调入主存的页面不再被使用的可能性最大。
3．最近最久未使用（LRU）算法：
这种算法的基本思想是：利用局部性原理，根据一个作业在执行过程中过去的页面访问历史来推测未来的行为。它认为过去一段时间里不曾被访问过的页面，在最近的将来可能也不会再被访问。所以，这种算法的实质是：当需要淘汰一个页面时，总是选择在最近一段时间内最久不用的页面予以淘汰。
4. 时钟(CLOCK)置换算法
LRU算法的性能接近于OPT,但是实现起来比较困难，且开销大；FIFO算法实现简单，但性能差。所以操作系统的设计者尝试了很多算法，试图用比较小的开销接近LRU的性能，这类算法都是CLOCK算法的变体。
二、虚拟存储器的基本概念
1.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决定，其运行速度接近内存，成本接近外存。
虚拟存储器的实现方法
2.　在虚拟存储器中，允许将一个作业分多次调入内存，其建立在离散分配的存储管理方式上。
　　① 请求分页系统，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，其允许只装入少量页面的程序（数据），便启动运行，以后，再通过调页功能及页面置换功能，陆续地把要运行的页面调入内存，同时把暂时不用的页面换出到外存，置换是以页面为单位。其需要必要的硬件和软件支持。硬件有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）、缺页中断机构（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，请求OS将所缺的页调入内存）、地址变换机构（在纯分页的基础上发展形成）。软件有用于实现调页的软件和实现页面置换的软件。
　　② 请求分段系统，在分段系统的基础上，增加了请求调段功能和分段置换功能所形成的段式虚拟存储系统。其允许只装入少量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咱不运行的段调出，同时调入即将运行的段，置换是以段为单位。其需要必要的硬件和软件支持，硬件有请求分段的段表机制（它是在纯分页的段表机制上增加若干项而形成的，作为请求分段的数据结构）、缺段中断机构（每当用户程序要访问的段尚未调入内存时，便产生一缺段中断，请求OS将所缺的段调入内存）、地址变换机构（在纯分段的基础上发展形成）。软件有用于实现调页的软件和实现页面置换的软件。
3.Belady现象：出现分配的页面数增多，缺页率反而提高的异常现象。
描述：一个进程P要访问M个页，OS分配N个内存页面给进程P；对一个访问序列S，发生缺页次数为PE（S,N）。当N增大时，PE(S, N)时而增大，时而减小。
Belady现象的原因：FIFO算法的置换特征与进程访问内存的动态特征矛盾，即被置换的页面并不是进程不会访问的。