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虛拟内存是操作系統的什麼功能

科技 更新时间:2024-05-18 01:43:35

哈爾濱網絡公司告訴大家定義

内存在計算機中的作用很大,電腦中所有運行的程序都需要經過内存來執行,如果執行的程序很大或很多,就會導緻内存消耗殆盡。為了解決這個問題,WINDOWS運用了虛拟内存技術,即拿出一部分硬盤空間來充當内存使用,這部分空間即稱為虛拟内存,虛拟内存在硬盤上的存在形式就是 PAGEFILE.SYS這個頁面文件。

虛拟内存是計算機系統内存管理的一種技術。它使得應用程序認為它擁有連續的可用的内存(一個連續完整的地址空間),而實際上,它通常是被分隔成多個物理内存碎片,還有部分暫時存儲在外部磁盤存儲器上,在需要時進行數據交換。目前,大多數操作系統都使用了虛拟内存,如Windows家族的“虛拟内存”;Linux的“交換空間”等。

哈爾濱網站制作告訴大家、虛拟内存的工作方式

虛拟存儲器是由硬件和操作系統自動實現存儲信息調度和管理的。它的工作過程包括6個步驟: [3]

中央處理器訪問主存的邏輯地址分解成組号a和組内地址b,并對組号a進行地址變換,即将邏輯組号a作為索引,查地址變換表,以确定該組信息是否存放在主存内。

如該組号已在主存内,則轉而執行④;如果該組号不在主存内,則檢查主存中是否有空閑區,如果沒有,便将某個暫時不用的組調出送往輔存,以便将這組信息調入主存。

從輔存讀出所要的組,并送到主存空閑區,然後将那個空閑的物理組号a和邏輯組号a登錄在地址變換表中。

從地址變換表讀出與邏輯組号a對應的物理組号a。

從物理組号a和組内字節地址b得到物理地址。

根據物理地址從主存中存取必要的信息。

哈爾濱微信開發告訴打擊虛拟内存的調度方式

調度方式有分頁式、段式、段頁式3種。頁式調度是将邏輯和物理地址空間都分成固定大小的頁。主存按頁順序編号,而每個獨立編址的程序空間有自己的頁号順序,通過調度輔存中程序的各頁可以離散裝入主存中不同的頁面位置,并可據表一一對應檢索。頁式調度的優點是頁内零頭小,頁表對程序員來說是透明的,地址變換快,調入操作簡單;缺點是各頁不是程序的獨立模塊,不便于實現程序和數據的保護。段式調度是按程序的邏輯結構劃分地址空間,段的長度是随意的,并且允許伸長,它的優點是消除了内存零頭,易于實現存儲保護,便于程序動态裝配;缺點是調入操作複雜。将這兩種方法結合起來便構成段頁式調度。在段頁式調度中把物理空間分成頁,程序按模塊分段,每個段再分成與物理空間頁同樣小的頁面。段頁式調度綜合了段式和頁式的優點。其缺點是增加了硬件成本,軟件也較複雜。大型通用計算機系統多數采用段頁式調度。

1.頁式調度

在頁式虛拟存儲系統中,虛拟空間被分成大小相等的頁,稱為邏輯頁或虛頁。主存空間也被分成同樣大小的頁,稱為物理頁或實頁。相應地,虛拟地址分為兩個字段:高位字段為虛頁号,低位字段為頁内地址。實存地址也分為兩個字段:高位字段為實頁号,低位字段為頁内地址。同時,頁的大小都取2的整數幂個字。

通過頁表可以把虛拟地址轉換成物理地址。每個程序設置一張頁表,在頁表中,對應每一個虛頁号都有一個條目,條目内容至少包含該虛頁所在的主存頁面地址(實頁号),用它作為實存地址的高位字段;實頁号與虛拟地址的頁内地址相拼接,就産生完整的實存地址,據此訪問主存。

2.段式調度

頁面是主存物理空間中劃分出來的等長的固定區域。分頁方式的優點是頁長固定,因而便于構造頁表、易于管理,且不存在外碎片。但分頁方式的缺點是頁長與程序的邏輯大小不相關。例如,某個時刻一個子程序可能有一部分在主存中,另一部分則在輔存中。這不利于編程時的獨立性,并給換入/換出處理、存儲保護和存儲共享等操作造成麻煩。

另一種劃分可尋址的存儲空間的方法稱為分段。段是按照程序的自然分界劃分的、長度可以動态改變的區域。通常,程序員把子程序、操作數和常數等不同類型的數據劃分到不同的段中,并且每個程序可以有多個相同類型的段。

在段式虛拟存儲系統中,虛拟地址由段号和段内地址組成,虛拟地址到實存地址的變換通過段表來實現。每個程序設置一個段表,段表的每一個表項對應一個段,每個表項至少包括三個字段:有效位(指明該段是否已經調入主存)、段起址(該段在實存中的首地址)和段長(記錄該段的實際長度)。

3.段頁式調度

段頁式虛拟存儲器是段式虛拟存儲器和頁式虛拟存儲器的結合。

首先,實存被等分成頁。在段頁式虛拟存儲器中,把程序按邏輯結構分段以後,再把每段按照實存的頁的大小分頁,程序按頁進行調入和調出操作,但它又可按段實現共享和保護。因此,它可以兼有頁式和段式系統的優點。它的缺點是在地址映像過程中需要多次查表,虛拟地址轉換成物理地址是通過一個段表和一組頁表來進行定位的。段表中的每個表目對應一個段,每個表目有一個指向該段的頁表的起始地址(頁号)及該段的控制保護信頁表指明該段各頁在主存中的位置以及是否已裝入、已修改等标志。

四、虛拟内存的調度方式

虛拟存儲器地址變換基本上有3種形虛拟存儲器工作過程式:全聯想變換、直接變換和組聯想變換。任何邏輯空間頁面能夠變換到物理空間任何頁面位置的方式稱為全聯想變換。每個邏輯空間頁面隻能變換到物理空間一個特定頁面的方式稱為直接變換。組聯想變換是指各組之間是直接變換,而組内各頁間則是全聯想變換。替換規則用來确定替換主存中哪一部分,以便騰空部分主存,存放來自輔存要調入的那部分内容。常見的替換算法有4種。

随機算法:用軟件或硬件随機數産生器确定替換的頁面。

先進先出:先調入主存的頁面先替換。

近期最少使用算法(LRU,Least Recently Used):替換最長時間不用的頁面。

最優算法:替換最長時間以後才使用的頁面。這是理想化的算法,隻能作為衡量其他各種算法優劣的标準。

虛拟存儲器的效率是系統性能評價的重要内容,它與主存容量、頁面大小、命中率,程序局部性和替換算法等因素有關。

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虛拟内存提供了三個重要的能力: 緩存,内存管理,内存保護

将主存視為一個存儲在磁盤上的地址空間的高速緩存,在主存中隻保存活動區域,并根據需要在磁盤和主存之間來回傳送數據

為每個進程提供了一緻的地址空間,簡化内存管理

保護了每個進程的地址空間不被其他進程破壞

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調度問題:決定哪些程序和數據應被調入主存。

地址映射問題:在訪問主存時把虛地址變為主存物理地址(這一過程稱為内地址變換);在訪問輔存時把虛地址變成輔存的物理地址(這一過程稱為外地址變換),以便換頁。此外還要解決主存分配、存儲保護與程序再定位等問題。

替換問題:決定哪些程序和數據應被調出主存。

更新問題:确保主存與輔存的一緻性。

在操作系統的控制下,硬件和系統軟件為用戶解決了上述問題,從而使應用程序的編程大大簡化。


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