【操作系统】虚拟存储器概述
存储管理分类
实存管理
- 分区（Partitioning） （连续分配方式） （包括固定分区、可变分区）
- 分页（Paging）
- 分段（Segmentation）
- 段页式（Segmentation with paging）
虚存管理
- 请求分页（Demand paging）– 主流技术
- 请求分段（Demand segmentation）
- 请求段页式（Demand SWP ）
常规存储管理的问题
常规存储管理方式的共同点：要求一个作业全部装入内存后方能运行。可能出现的问题：
- 有的作业很大，所需内存空间大于内存总容量，使作业无法运行。
- 有大量作业要求运行，但内存容量不足以容纳下所有作业，只能让一部分先运行，其它在外存等待。
解决方法
- 增加内存容量
- 从逻辑上扩充内存容量：覆盖、对换、虚拟存储技术
常规存储器管理方式的特征和局部性原理
常规存储器管理方式的特征
- 一次性：作业在运行前需一次性地全部装入内存。
- 驻留性：作业装入内存后便一直驻留内存，直至结束。
局部性原理
- 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。
- 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，但过程调用的深度在大多数不超过 5。
- 程序中存在许多循环结构，它们将多次执行。
- 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。
局部性又表现在下述两个方面
- 时间局部性。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。
- 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。
虚拟存储器的基本原理
根据局部性原理，在程序装入时，不需要将其全部读入到内存，而只需将当前需要执行的部分页或段读入到内存，就可让程序开始执行。
在程序执行过程中，如果需执行的指令或访问的数据尚未在内存（称为缺页或缺段） ，则由处理器通知操作系统将相应的页或段调入到内存，然后继续执行程序。 （请求调入功能）
另一方面，操作系统将内存中暂时不使用的页或段调出保存在外存上，从而腾出空间存放将要装入的程序以及将要调入的页或段。 （置换功能）
虚拟存储器的定义和特征
- 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。
- 逻辑容量由内存容量和外存容量之和所决定。
- 运行速度接近于内存速度，成本接近于外存。
虚拟存储器的特征
多次性：作业被分成多次调入内存运行。正是由于多次性，虚拟存储器才具备了逻辑上扩大内存的功能。多次性是虚拟存储器最重要的特征，其它任何存储器不具备这个特征。
对换性：允许在作业运行过程中进行换进、换出。换进、换出可提高内存利用率。
虚拟性：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。虚拟性是实现虚拟存储器最重要的目标。
虚拟性以多次性和对换性为基础，而多次性和对换性必须以离散分配为基础。
虚拟存储技术的概念
速度和容量：虚拟存储量的扩大是以牺牲 CPU 工作时间以及内外存交换时间为代价。
虚拟存储器的容量取决于主存与辅存的容量，最大容量是由计算机的地址结构决定。
虚拟存储器的逻辑地址空间理论上不受物理存储器的限制。
如 32 位机器，虚拟存储器的最大容量就是 4G，再大CPU 无法直接访问。
虚拟存储器的实现方法：请求分页、请求分段、请求段页式。
请求分页系统
在分页系统的基础上，增加了请求调页功能、页面置换功能所形成的页式虚拟存储器系统。
它允许只装入若干页的用户程序和数据，便可启动运行，以后在硬件支持下通过调页功能和置换页功能，陆续将要运行的页面调入内存，同时把暂不运行的页面换到外存上，置换时以页面为单位。
系统须设置相应的硬件支持和软件：
- 硬件支持：请求分页的页表机制、缺页中断机构和地址变换机构。
- 软件：请求调页功能和页置换功能的软件。
请求分段系统
在分段系统的基础上，增加了请求调段功能及分段置换功能，所形成的段式虚拟存储器系统。
它允许只装入若干段的用户程序和数据，便可启动运行，以后再硬件支持下通过请求调段功能和分段置换功能，陆续将要运行的段调入内存，同时把暂不运行的段换到外存上，置换时以段为单位。
系统须设置相应的硬件支持和软件：
- 硬件支持：请求分段的段表机制、缺段中断机构和地址变换机构。
- 软件：请求调段功能和段置换功能的软件。
