【正文】 用戶程序分成若干個段，再把每個段分成若干個頁若干個段，再把每個段分成若干個頁 ，并為，并為每一個段賦予一個段名。每一個段賦予一個段名。n 段頁式系統(tǒng)中，地址結構由段號、段內頁號段頁式系統(tǒng)中，地址結構由段號、段內頁號及頁內地址三部分組成。及頁內地址三部分組成。頁齊魯工業(yè)大學 理學院 鹿文鵬104利用段表和頁表實現地址映射利用段表和頁表實現地址映射每個作業(yè)一張段表，每段一張頁表。先查段表，再查該段的頁表，才能找到物理塊號。再將其與頁內地址組合齊魯工業(yè)大學 理學院 鹿文鵬105 d0和段號 s來求出該段所對應的段表項在段表中的位置，從中得到該段的頁表始址 d1； d1和段內頁號 P獲得對應頁的頁表項位置，從中讀出該頁所在的物理塊號 P’； P’和頁內地址 d來構成物理地址。齊魯工業(yè)大學 理學院 鹿文鵬106，從中得到該段的頁表始址； P獲得對應頁的頁表項位置，從中讀出該頁所在的物理塊號 b； b和頁內地址來構成物理地址。齊魯工業(yè)大學 理學院 鹿文鵬107n 段頁式系統(tǒng)中，訪問數據需三次訪問內存。段頁式系統(tǒng)中，訪問數據需三次訪問內存。第一次訪問內存中的段表，取得頁表始址；第第一次訪問內存中的段表，取得頁表始址；第二次訪問內存的頁表，取得該頁的物理塊號，二次訪問內存的頁表，取得該頁的物理塊號，并與頁內地址一起組成實際的物理地址；第三并與頁內地址一起組成實際的物理地址；第三次從物理地址中取出指令或數據。次從物理地址中取出指令或數據。n 為了避免每次均需三次訪問，可在地址變換為了避免每次均需三次訪問，可在地址變換機構中增設一個高速緩沖寄存器，將常用的機構中增設一個高速緩沖寄存器，將常用的段表和頁表存儲在高速緩沖中。段表和頁表存儲在高速緩沖中。齊魯工業(yè)大學 理學院 鹿文鵬108 基本分段存儲管理方式基本分段存儲管理方式 小結小結n 分段存儲管理方式的引入分段存儲管理方式的引入 方便用戶方便用戶n 分段系統(tǒng)的基本原理分段系統(tǒng)的基本原理187。 分段系統(tǒng)的地址變換過程分段系統(tǒng)的地址變換過程187。 段表始址段表始址 +段號段號 段的基址段的基址 與與 段內地址段內地址 結合結合 物理地址物理地址n 信息共享信息共享187。 分頁系統(tǒng)分頁系統(tǒng) 與與 分段系統(tǒng)的比較分段系統(tǒng)的比較n 段頁式存儲管理方式段頁式存儲管理方式187。 段表始址段表始址 +段號段號 頁表始址頁表始址 與與 頁號頁號 結合結合 頁面對應的物頁面對應的物理塊號理塊號 與與 頁內地址頁內地址 結合結合 物理地址物理地址齊魯工業(yè)大學 理學院 鹿文鵬109 虛擬存儲器的基本概念虛擬存儲器的基本概念n 連續(xù)分配方式、基本分頁、基本分段存儲管連續(xù)分配方式、基本分頁、基本分段存儲管理方式均需將一個作業(yè)全部裝入內存后方能理方式均需將一個作業(yè)全部裝入內存后方能運行，這將導致大作業(yè)無法運行。運行，這將導致大作業(yè)無法運行。n 解決方法：解決方法：– 物理上增加內存容量物理上增加內存容量 有一定限制有一定限制– 從邏輯上擴充內存容量從邏輯上擴充內存容量 此即虛擬存儲器所要解此即虛擬存儲器所要解決的主要問題決的主要問題齊魯工業(yè)大學 理學院 鹿文鵬110 虛擬存儲器的基本概念虛擬存儲器的基本概念n 虛擬存儲器的引入虛擬存儲器的引入n 虛擬存儲器的實現方法虛擬存儲器的實現方法n 虛擬存儲器的特征虛擬存儲器的特征齊魯工業(yè)大學 理學院 鹿文鵬111 虛擬存儲器的引入虛擬存儲器的引入n – 一次性：作業(yè)運行前需一次性全部裝入內存一次性：作業(yè)運行前需一次性全部裝入內存187。 這可能導致大作業(yè)無法裝入這可能導致大作業(yè)無法裝入187。 并非全部程序和數據都需用到，一次裝入，浪費內存并非全部程序和數據都需用到，一次裝入，浪費內存– 駐留性：一旦裝入便一直駐留內存直至作業(yè)結束駐留性：一旦裝入便一直駐留內存直至作業(yè)結束187。 不再運行的程序模塊仍將占用寶貴的內存資源不再運行的程序模塊仍將占用寶貴的內存資源n 一次性及駐留性是否是必需的？一次性及駐留性是否是必需的？齊魯工業(yè)大學 理學院 鹿文鵬112 虛擬存儲器的引入虛擬存儲器的引入n n 程序執(zhí)行時的特點：程序執(zhí)行時的特點：– 程序執(zhí)行時，除少部分轉移和過程調用指令外，程序執(zhí)行時，除少部分轉移和過程調用指令外，大多仍是順序執(zhí)行的。大多仍是順序執(zhí)行的。– 過程調用雖可導致程序由一區(qū)域轉至另一區(qū)域，過程調用雖可導致程序由一區(qū)域轉至另一區(qū)域，但調用深度大多不超過但調用深度大多不超過 5。程序在一段時間內都。程序在一段時間內都局部于這些過程的范圍內執(zhí)行。局部于這些過程的范圍內執(zhí)行。– 程序中存在循環(huán)結構，它們將多次執(zhí)行程序中存在循環(huán)結構，它們將多次執(zhí)行– 程序中對數據結構的處理，往往局限于較小的范程序中對數據結構的處理，往往局限于較小的范圍內圍內齊魯工業(yè)大學 理學院 鹿文鵬113 虛擬存儲器的引入虛擬存儲器的引入n n 局部性的表現：局部性的表現：– 空間局限性。一段時間內所訪問的地址可能集中空間局限性。一段時間內所訪問的地址可能集中于一定的范圍之內。（程序的順序執(zhí)行）于一定的范圍之內。（程序的順序執(zhí)行）– 時間局限性。某條指令或數據可能被再次執(zhí)行或時間局限性。某條指令或數據可能被再次執(zhí)行或訪問。（循環(huán)操作）訪問。（循環(huán)操作）n 根據局部性原理，程序在運行之前沒有必要根據局部性原理，程序在運行之前沒有必要一次性全部裝入，也沒必要長期駐留內存。一次性全部裝入，也沒必要長期駐留內存。齊魯工業(yè)大學 理學院 鹿文鵬114 虛擬存儲器的引入虛擬存儲器的引入n 引入虛擬存儲器引入虛擬存儲器– 基于局部性原理，程序可僅將需運行的部分頁或基于局部性原理，程序可僅將需運行的部分頁或段裝入內存便可開始執(zhí)行。段裝入內存便可開始執(zhí)行。– 執(zhí)行中，如果訪問的頁段已調入內存便可繼續(xù)；執(zhí)行中，如果訪問的頁段已調入內存便可繼續(xù)；否則，應利用否則，應利用 OS提供的提供的 請求調頁請求調頁 (段段 )功能功能 將它們將它們調入內存。調入內存。– 若此時內存已滿，應利用若此時內存已滿，應利用 頁頁 (段段 )置換功能置換功能 ，將暫，將暫時不用的調出，騰出地方調入需要的頁時不用的調出，騰出地方調入需要的頁 (段段 )。– 這樣，便可使一個大的程序在較小的空間中運行這樣，便可使一個大的程序在較小的空間中運行 。也可使內存中同時裝入更多的進程并發(fā)執(zhí)行。也可使內存中同時裝入更多的進程并發(fā)執(zhí)行。齊魯工業(yè)大學 理學院 鹿文鵬115 虛擬存儲器的引入虛擬存儲器的引入n – 具有具有 請求調入請求調入 功能和功能和 置換置換 功能，能從功能，能從 邏輯上對內邏輯上對內存容量進行擴充存容量進行擴充 的一種存儲系統(tǒng)。的一種存儲系統(tǒng)。– 實質：以時間換空間，但時間犧牲不大。實質：以時間換空間，但時間犧牲不大。– 虛擬大小由內存容量和外存容量之和決定。虛擬大小由內存容量和外存容量之和決定。齊魯工業(yè)大學 理學院 鹿文鵬116 虛擬存儲器的實現方法虛擬存儲器的實現方法n 虛擬存儲器是建立在虛擬存儲器是建立在 離散分配的存儲管理方離散分配的存儲管理方式基礎上式基礎上 的。的。n 為什么？為什么？– 虛擬存儲器虛擬存儲器 請求調入請求調入 頁面轉換頁面轉換– 若采用連續(xù)分配方式，一次性將全部數據調入若采用連續(xù)分配方式，一次性將全部數據調入，無需虛擬存儲。，無需虛擬存儲。n 實現的兩種方式實現的兩種方式 : 請求分頁請求分頁 請求分段請求分段齊魯工業(yè)大學 理學院 鹿文鵬117n 在分頁系統(tǒng)的基礎上，增加了在分頁系統(tǒng)的基礎上，增加了 請求調頁功能和頁面請求調頁功能和頁面置換功能置換功能 。 只裝入部分頁面即可運行，可通過調只裝入部分頁面即可運行，可通過調頁和頁面置換功能，調入需要的頁面，同時將暫不頁和頁面置換功能，調入需要的頁面，同時將暫不需要的換出。需要的換出。n 以頁為單位置換以頁為單位置換n 需硬件：需硬件：– 請求分頁的頁表機制請求分頁的頁表機制 – 缺頁中斷機構缺頁中斷機構– 地址變換機構地址變換機構n 需軟件：需軟件：– 實現請求調頁的軟件實現請求調頁的軟件– 實現頁面置換的軟件實現頁面置換的軟件齊魯工業(yè)大學 理學院 鹿文鵬118n 在分段系統(tǒng)的基礎上，增加了在分段系統(tǒng)的基礎上，增加了 請求調段及分段置換請求調段及分段置換功能功能 。只裝入部分段即可運行，可通過調段和段置。只裝入部分段即可運行，可通過調段和段置換功能，調入需要的段，同時將暫不需要的調出。換功能，調入需要的段，同時將暫不需要的調出。n 以段為單位置換以段為單位置換n 需硬件：需硬件：– 請求分段的段表結構請求分段的段表結構– 缺段中斷機構缺段中斷機構– 地址變換機構地址變換機構n 需軟件：請求調段和置換軟件需軟件：請求調段和置換軟件齊魯工業(yè)大學 理學院 鹿文鵬119 虛擬存儲器的特征虛擬存儲器的特征n ：離散分配內存離散性：離散分配內存n ：多次裝入多次性：多次裝入n ：允許作業(yè)運行中進行換進換出對換性：允許作業(yè)運行中進行換進換出n ：從邏輯上擴充內存虛擬性：從邏輯上擴充內存n 虛擬性以多次性和對換性為基礎，而多次性和對換虛擬性以多次性和對換性為基礎，而多次性和對換性又必須建立在離散分配的基礎上。性又必須建立在離散分配的基礎上。n 最本質的特征是離散性最本質的特征是離散性 ，在此基礎上又形成了多次，在此基礎上又形成了多次性和對換性，所表現出來的最重要的特征是性和對換性，所表現出來的最重要的特征是虛擬性虛擬性 . 齊魯工業(yè)大學 理學院 鹿文鵬120 虛擬存儲器虛擬存儲器 小結小結n 虛擬存儲器的引入虛擬存儲器的引入– 大作業(yè)小內存運行大作業(yè)小內存運行 局部性原理局部性原理 – 具有請求調入功能和置換功能，能從邏輯上擴充內存具有請求調入功能和置換功能，能從邏輯上擴充內存n 虛擬存儲器的實現方法虛擬存儲器的實現方法– 分頁請求系統(tǒng)分頁請求系統(tǒng) 請求分段系統(tǒng)請求分段系統(tǒng)n 虛擬存儲器的特征虛擬存儲器的特征– 離散性離散性 多次性多次性 對換性對換性 虛擬性虛擬性齊魯工業(yè)大學 理學院 鹿文鵬121 請求分頁存儲管理方式請求分頁存儲管理方式n 建立在基本分頁基礎上，為了支持虛擬存儲建立在基本分頁基礎上，為了支持虛擬存儲器功能，而增加了請求調頁功能和頁面置換器功能，而增加了請求調頁功能和頁面置換功能。功能。n 每次調入和換出的基本單位是固定長度的頁每次調入和換出的基本單位是固定長度的頁。齊魯工業(yè)大學 理學院 鹿文鵬122 請求分頁存儲管理方式請求分頁存儲管理方式n 請求分頁中的硬件支持請求分頁中的硬件支持n 內存分配策略和分配算法內存分配策略和分配算法n 調頁策略調頁策略齊魯工業(yè)大學 理學院 鹿文鵬123 請求分頁中的硬件支持請求分頁中的硬件支持n – 由于應用程序只是一部分調入內存即只有部由于應用程序只是一部分調入內存即只有部分頁位于內存中，須在頁表中增加若干項，分頁位于內存中，須在頁表中增加若干項，供程序（數據）換進換出時參考。供程序（數據）換進換出時參考。頁號頁號 物理塊號物理塊號 狀態(tài)位狀態(tài)位P訪問字訪問字段段 A修改位修改位M外存地外存地址址P:是否已調入內存A:一段時間內使用的次數或多久未使用M:調入內存后是否修改過齊魯工業(yè)大學 理學院 鹿文鵬124 請求分頁中的硬件支持請求分頁中的硬件支持n – 當訪問的頁不在內存中時便產生缺頁中斷，請當訪問的頁不在內存中時便產生缺頁中斷，請求求 OS將其調入。將其調入。– 缺頁中斷具有一般中斷的入棧、轉中斷處理、缺頁中斷具有一般中斷的入棧、轉中斷處理、出棧等過程，但又其特殊性：出棧等過程，但又其特殊性：187。 在在 指令執(zhí)行期間指令執(zhí)行期間 產生和處理中斷。發(fā)現訪問的頁不在產生和處理中斷。發(fā)現訪問的頁不在內存即產生；通常是在等到指令執(zhí)行完畢后。內存即產生；通常是在等到指令執(zhí)行完畢后。187。 一條指令在執(zhí)行期間，可能要產生多次中斷。（如圖一條指令在執(zhí)行期間，可能要產生多次中斷。（如圖））齊魯工業(yè)大學 理學院 鹿文鵬125涉及涉及 6次缺頁中斷的指令次缺頁中斷的指令頁面654321齊魯工業(yè)大學 理學院 鹿文鵬126 請求分頁中的硬件支持請求分頁中的硬件支持n n 大致步驟：大致步驟：– 1)在地址變換時，首先檢索快表，試圖從中找到要訪問的在地址變換時，首先檢索快表，試圖從中找到要訪問的頁。如找到，修改其訪問位；對于頁。如找到，修改其訪問位；對于 “寫寫 ”指令，還要設置修指令，還要設置修改位的值。如未找到，則轉改位的值。如未找到，則轉 3。– 2)利用頁表項中的物理塊號和頁內地址，形成物理地址，利用頁表項中的物理塊號和頁內地址，形成物理地址，結束。結束。– 3)查找頁表，找到頁表項后，判斷其狀態(tài)位查找頁表，找到頁表項后，判斷其狀態(tài)位 P，查看該頁，查看該頁是否在內存中。如果在，則將該頁寫入快表（若快表已滿是否在內存中。如果在，則將該頁寫入快表（若快表已滿，則應該先調出某個或某些頁表項）。如果不在，則產生，則應該先調出某個或某些頁表項）。如果不在，則產生缺頁中斷，由缺頁中斷，由 OS從外存將該頁調入內存。返回從外存