虚拟内存基本概念

2023-11-17

一、传统存储管理方式的特征、缺点

1.连续分配

单一连续分配

固定分区分配

动态分区分配

2.非连续分配

基本分页存储管理

基本分段存储管理

基本段页式存储管理

3.特点

很多暂时用不到的数据也会长期占用内存,导致内存利用率不高

一次性:作业必须一次性全部装入内存后才能开始运行。这会造成两个问题:

1.作业很大时,个能全部装入内存,导致大作业无法运行;

2.当大量作业要求运行时,由于内存无法容纳所有作业,因此只有少量作业能运行,导致多道程序并发度下降。

驻留性:一旦作业被装入内存,就会一直驻留在内存中,直至作业运行结束。

事实上,在一个时间段内,只需要访问作业的一小部分数据即可正常运行,这就导致了内存中会驻留大量的、暂时用不到的数据,浪费了宝贵的内存资源。

二、局部性原理

1.概念

时间局部性:如果执行了程序中的某条指令,那么不久后这条指令很有可能再次执行;如果某个数据被访问过,不久之后该数据很可能再次被访问。(因为程序中存在大量的循环)

空间局部性: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很有可能被访问。(因为很多数据在内存中都是连续存放的,并且程序的指令也是顺序地在内存中存放的)

计算机中存储器的层次结构:

外存(如磁盘,磁带)

内存

高速缓存

寄存器

从上到下:容量减小,访问速度变快,成本变高

快表机构:就是将近期常访问的页表项副本放到更高速的联想寄存器中

高速缓冲技术的思想:将近期会频繁访问到的数据放到更高速的存储器中,暂时用不到的数据放在更低速存储器中。

2.应用

基于局部性原理,在程序装入时,可以将程序中很快会用到的部分装入内存,暂时用不到的部分留在外存,就可以让程序开始执行。

在程序执行过程中,当所访问的信息不在内存时,由操作系统负责将所需信息从外存调入内存,然后继续执行程序。

若内存空间不够,由操作系统负责将内存中暂时用不到的信息换出到外存。

在操作系统的管理下,在用户看来似乎有一个比实际内存大得多的内存,这就是虚拟内存

这也是操作系统虚拟性的一个体现,实际的物理内存大小没有变,只是在逻辑上进行了扩充

三、虚拟内存

1.最大容量——实际容量

虚拟内存的最大容量是由计算机的地址结构(CPU寻址范围)确定的

虚拟内存的实际容量=min(内存和外存容量之和,CPU寻址范围)

如:某计算机地址结构为32位,按字节编址,内存大小为512MB,外存大小为2GB

则虚拟内存的最大容量为2^32B= 4GB

虚拟内存的实际容量= min (2^32B, 512MB+2GB)= 2GB+512MB

2.特征

多次性:无需在作业运行时一次性全部装入内存,而是允许被分成多次调入内存。

对换性:在作业运行时无需一直常驻内存,而是允许在作业运行过程中,将作业换入、换出。

虚拟性:从逻辑上扩充了内存的容量,使用户看到的内存容量,远大于实际的容量。

3.实现虚拟内存技术

虚拟内存技术,允许一个作业分多次调入内存。如果采用连续分配方式,会不方便实现。因此,虚拟内存的实现需要建立在离散分配的内存管理方式基础上。

1.请求分页存储管理

2.请求分段存储管理

3.请求段页式存储管理

和传统离散分配存储管理的区别

在程序执行过程中,当所访问的信息不在内存时,由操作系统负责将所需信息从外存调入内存,然后继续执行程序。(操作系统需要提供请求调页或请求调段功能)

若内存空间不够,由操作系统负责将内存中暂时用不到的信息换出到外存。(操作系统要提供页面置换或段置换的功能)

四、总结

 

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