操作系统笔记--虚拟内存的使用

1--背景概念

        在计算机系统中，当多道程序同时运行时可能会出现内存不足的情况，一般可通过以下技术进行解决：

覆盖技术：

        当程序太大超出内存容量时，可以采用手动覆盖的技术，只把需要的指令和数据保存在内存当中；

交换技术：

        当程序太大超出内存容量时，可以采用自动交换的技术，把暂时不能执行的程序送到外存中；

虚拟存储技术：

        采用自动的虚拟存储技术可以实现在有限容量的内存中，以更小的页粒度为单位来装入更大更多的程序；

2--覆盖和交换技术的缺陷

覆盖技术：

        需要程序员自己把整个程序划分为若干个小的功能模块，并确定各个模块之间的覆盖关系，增加了程序员的负担；

交换技术：

        以进程作为交换的单位，需要把进程的整个地址空间都换进换出，增加了处理器的开销；

3--虚存技术

        虚存技术兼顾覆盖技术和交换技术的特点，即虚存技术不把程序的所有内容都放在内存中，同时虚存技术可以实现进程的部分内容在内存和外存之间进行交换，这一过程由操作系统自动完成，无需程序员的干涉；

        虚存技术的实现基于程序的局部性原理：即程序在执行过程中的一个较短时期，所执行的指令地址和指令的操作数地址，分别局限于一定区域，具体表现为：

        时间局部性：一条指令的一次执行和下次执行，一个数据的一次访问和下次访问都集中在一个较短的时期内；

        空间局部性：当前指令和邻近的几条指令，当前访问的数据和邻近访问的几个数据都集中在一个较小的区域内；

实例说明：

         程序 1 将按一列一列的形式进行访问，但由于C语言的数组在实际存储中是按行进行存储的，所以程序 1 这种访问方式在访问每一个数据时，操作系统都会把整行（页）的数据加载到内存中，导致内存负担的加重；

        而程序 2 将按一行一行的形式进行访问，访问当个数据时，操作系统只需将本行数据加载到内存即可，待访问下一行的数据时再把下一行的数据加载到内存当中；

        因此，程序 2 的设计满足程序的局部性原理，显然对于虚拟内存管理来说是更优的设计；