软考总结——虚存管理



存储管理是操作系统的重要职能之一，主要任务是对内存空间进行分配与回收。由于计算机内存容量有限（现在一般都是32位或64位系统），而外存储设备的容量增长速度非常快，例如移动硬盘已经到了T的级别，这时如果要访问这块儿移动硬盘内的大数据，我们的计算机就有点力不从心了。。。故在此基础上发展了虚拟存储系统。

 

虚存理念：利用有限资源尽可能的执行大程序，对用户程序和内存进行分块，将用户程序一块块拿到内存中来，一个执行完后释放内存，下一个继续执行。

 

虚拟存储通过将运行进程访问的地址（逻辑地址、虚拟地址）与主存的物理地址（实际地址）分开，从而使得提供大于物理地址的逻辑地址空间成为可能。

 

虚存管理的组织结构如下图示

    

1.页式存储组织

    

       

    系统划分,逻辑地址=页号+页内地址。

    基本思想：内存分为固定大小的页。

    基本原理：将各进程的虚拟空间划分为若干个长度相等的页，把内存空间以与页相等的大小划分为大小相等的片或页面。采用请求调页或预调页技术实现内外存统一管理。

例：

        已知程序逻辑地址为14位且前三位为011，页面大小2K，采用页式存储。

    已知逻辑地址14位，每个页面2K=2^11，所以页内地址11位，页号为3位。又前三位为011变为十进制为3，对应的物理块号为b。地址变换过程如下图所示

       

      

    优点：利用率高，产生的内存碎片小，内存间分配及管理简单。

    缺点：要有相应的硬件支持，增加了系统开销。请求调页的算法选择不当，有可能产生抖动现象。

2.段式存储组织

    

从用户角度划分，逻辑地址=段号+段内地址。

基本思想：程序按逻辑单位分成基本独立的段。

基本原理：系统为每一个作业建立一个段表，其内容包括段号与内存起始地址的对应关系、段长和状态等。

   

    地址变换过程与页式变换同理，如下图所示

     

优点：便于多道程序共享内存，便于对存储器的保护，各段程序修改互不影响

缺点：内存利用率低，内存碎片浪费大。

     

3.段页式存储组织

   

逻辑地址=基号+段号+页号+页内地址

一个段表+一组页表。

段页式存储组织是段式存储组织和页式存储组织的组合，这样可以充分利用两者的优点，实存等分为页，程序按逻辑模块分成段。其中，基号作为用户标志号存在。

    

地址变换过程公式：

    （（（x）+s）+p）*2^n +d

其中，X表示基号，（x）表示基寄存器中地址为x的单元的内容，S为段号，P表示页号，d表示页内地址，n表示页内地址的位数。

 优点：空间浪费小，存储共享容易、存储保护容易、能动态连接。

缺点：由于软件的增加，复杂性和开销增加，需要的硬件以及占用的内存增加，执行速度大大下降。

 

页面置换算法（从要执行的元素自身开始算起）

在开始页面置换之前，要了解一个概念，页面置换是相对缺页现象来讲的。缺页，简单的来理解，就是由于实际主存是小于虚存的，因此可能会发生主存中已满，而要使用的页不在主存中，这时就会出现缺页现象。

 

      最优算法

             查看后面的序列，最后被使用的元素被替换掉

      随机算法

             随机淘汰，没有一定的约束性。

      先进先出

             最先进入主存的元素先被淘汰。

      最近最少使用算法

             查看前面的序列，最后被访问的元素被替换掉

例

      

初始关键字	2	4	6	5	3	4	2
最优置换	2	2	2	2	2	2	2
		4	4	4	4	4	4
			6	5	3	3	3
缺页（*）	*	*	*	*	*

 解析：

    主存初始添加页2,4,6，直接依次放入即可，但是都会出现缺页现象。

添加页5，主存中没有5，所以会出现缺页现象，根据最优置换的规定，5后面又依次出现了3，4,2所以6被替换掉。

添加页3，主存中没有3，出现缺页现象，3后面出现了4和2,5被替换掉

添加页4，主存中2,4,3包含3，没有缺页现象，不用进行最优置换。

初始关键字	2	4	6	5	3	4	2
先进先出	2	2	2	5	2	2	2
		4	4	4	3	3	3
			6	6	6	4	4
缺页（*）	*	*	*	*	*	*

解析：

主存初始添加页2,4,6，直接依次放入即可，但是都会出现缺页现象。

添加页5，主存中没有5，所以会出现缺页现象，根据先进先出的规定，主存中已有页出现顺序为2,4,6，所以2被替换掉

添加页3，主存中没有3，出现缺页现象，主存中已有页出现顺序为4,6,5，所以4被替换掉

添加页4，主存中没有4，出现缺页现象，主存中已有页出现顺序为6,2,3，所以6被替换掉

添加页2，主存中有2，没有缺页现象。

总结：

没有学不会的知识，只有不愿意学的知识。再简单的知识点，不学习不总结，也掌握不好；再难的知识点，只要想学、愿意学、会学，那么也可以掌握。点滴积累吧！