操作系統(tǒng)虛擬內(nèi)存-資料下載頁
2025-03-04 17:42本頁面
【正文】 加共享段表；（ 2）修改進(jìn)程段表。第二次訪問：（ 1）修改共享段表；（ 2）修改進(jìn)程段表。 → 回收： （ 1） count=0 （ 2） count 0 73 請(qǐng)求分段存儲(chǔ)管理方式 ? 分段的共享和保護(hù) – 分段保護(hù) → 越界檢查：段號(hào)越界檢查；段內(nèi)偏移越界檢查。 → 存取控制檢查： R； R/W； E → 環(huán)保護(hù)機(jī)構(gòu) （ 1）內(nèi)環(huán)可訪問外環(huán)數(shù)據(jù)； （ 2）外環(huán)可請(qǐng)求內(nèi)環(huán)服務(wù)。 74 Windows 2023/XP運(yùn)行在 Intel Pentium CPU硬件平臺(tái)。下面介紹 Intel Pentium 的工作模式。 Intel Pentium CPU提供三種工作模式 ：實(shí)地址模式（ real mode）、虛地址模式（又稱為保護(hù)模式， protection mode）和虛擬模式（ virtual mode）。 實(shí)地址模式 采用段式存儲(chǔ)器管理或單一連續(xù)存儲(chǔ)器管理，不啟用分頁機(jī)制，只能尋址 1MB地址空間。 DOS操作系統(tǒng)采用這種模式。 虛地址模式 采用三種內(nèi)存管理方式：段式虛擬存儲(chǔ)器管理、頁式虛擬存儲(chǔ)器管理和段頁式虛擬存儲(chǔ)器管理。 Linux和 Windows操作系統(tǒng)采用這種模式。 虛擬模式 是在保護(hù)方式下的實(shí)地址模式的仿真。 Windows 2023/XP 系統(tǒng)存儲(chǔ)器管理實(shí)例 75 ? Window 2023/XP采用 請(qǐng)求頁式虛擬存儲(chǔ)管理 ，提供 32位的虛擬地址，為每一個(gè)進(jìn)程提供一個(gè)受保護(hù)的 4G虛擬地址空間。虛擬地址空間布局為低 2G的地址空間為 用戶程序區(qū) ，高 2G的地址空間為 操作系統(tǒng)區(qū) ，如圖所示。 Windows系統(tǒng)虛擬存儲(chǔ)器地址布局 基于分頁管理的 Windows 2023/XP 76 ? 系統(tǒng)區(qū)又分為固定頁面區(qū)、頁交換區(qū)和操作系統(tǒng)駐留區(qū)。 ? 固定頁面區(qū)中存放關(guān)鍵的系統(tǒng)代碼，頁面不可與外存對(duì)換； ? 頁交換區(qū)存放非常駐系統(tǒng)代碼和數(shù)據(jù)，可以與外存進(jìn)行頁面對(duì)換； ? 操作系統(tǒng)駐留區(qū)存放操作系統(tǒng)內(nèi)核、執(zhí)行體和引導(dǎo)驅(qū)動(dòng)程序以及硬件抽象代碼層，非常重要永不失效，為了加快運(yùn)行速度，這一區(qū)的尋址由硬件直接映射。 另外，在操作系統(tǒng)引導(dǎo)時(shí)，也可以選擇另一種地址分配方式： 3GB用戶程序區(qū)和 1GB操作系統(tǒng)區(qū)。這種情況主要用于運(yùn)行大的用戶程序。 基于分頁管理的 Windows 2023/XP 77 1．頁表 在 Windows 2023/XP系統(tǒng)中的頁表如下圖所示。 Windows 2023/XP系統(tǒng)中的頁表 基于分頁管理的 Windows 2023/XP 78 2．邏輯地址到物理地址的變換 ?在 Windows 2023/XP系統(tǒng)中的 32位邏輯地址被劃分為： ? 頁表目錄索引、頁表頁索引和頁面。其中頁表目錄索引占 10位，頁表頁索引占 10位，頁面占 12位。 ?頁表機(jī)制為 2級(jí)頁表，頁面大小為 4K。分頁管理中采用了二級(jí)頁表結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)進(jìn)程的邏輯地址到物理地址的變換，如下圖所示。 基于分頁管理的 Windows 2023/XP 79 Windows系統(tǒng)的二級(jí)頁表結(jié)構(gòu) 物理塊號(hào) 塊內(nèi)偏移 第一級(jí)頁表 頁表目錄 邏輯地址 31 22 21 12 11 0 頁表目錄索引 頁表頁索引 頁面 第二級(jí)頁表 頁表 物理地址 基于分頁管理的 Windows 2023/XP 80 ?頁目錄用來指向進(jìn)程頁表地址。每個(gè)進(jìn)程都擁有自己的頁目錄。 ?在地址變換時(shí)，操作系統(tǒng)從運(yùn)行進(jìn)程的進(jìn)程控制塊中得到 進(jìn)程頁目錄的起始地址 ，并將該地址放入頁目錄寄存器中。通過頁目錄寄存器尋址到頁目錄。 ?頁目錄的目錄項(xiàng)中包含有進(jìn)程所有頁表的位置和狀態(tài)，即通過頁目錄得到頁表。 ?由于頁表占用 10位地址，故最多有 1 024張頁表。每張頁表最長(zhǎng)可以達(dá)到 1 024個(gè)頁表項(xiàng)，指向 1 024個(gè)頁面。用戶進(jìn)程最多可以占用 512個(gè)頁表項(xiàng)。 基于分頁管理的 Windows 2023/XP 81 ?頁表中包括內(nèi)存物理塊號(hào)、修改位、訪問位、有效位、禁用緩沖標(biāo)志和進(jìn)程的擁有者標(biāo)志符等信息。 ?因此， 通過查詢頁表得到邏輯地址中的頁面號(hào)對(duì)應(yīng)的物理塊號(hào)，最后物理塊號(hào)與頁內(nèi)偏移一起構(gòu)成物理地址。 基于分頁管理的 Windows 2023/XP 82 1．請(qǐng)求調(diào)頁 當(dāng)發(fā)生缺頁時(shí)，系統(tǒng)首先檢查所需頁是否在 后備鏈表或修改鏈表 中。如在，則將其移出，放入進(jìn)程的工作集中，不再分配新的頁框；若不在，如果需要一個(gè) 零初始化頁 ，則內(nèi)存管理程序在零頁鏈表中取出第一頁。如果零頁鏈表為空，則從空閑鏈表中取出一頁并對(duì)它進(jìn)行初始化。如需要的不是零初始化頁，就從空閑頁表中取出第一頁。如果空閑鏈表為空，就從零初始化頁中取出一頁。如果以上任一情況中零頁鏈表和空閑表均為空，那么使用后備鏈表。 Windows 2023/XP系統(tǒng)的虛擬存儲(chǔ)管理實(shí)現(xiàn) 83 2．頁面淘汰算法與工作集 Windows 2023/XP系統(tǒng)采用 請(qǐng)求頁調(diào)入 和 預(yù)調(diào)入 兩種調(diào)頁方式。當(dāng)一個(gè)線程發(fā)生缺頁時(shí)，內(nèi)存管理器引發(fā)中斷的頁面及后繼的少量頁面一起裝入內(nèi)存。 Windows 2023/XP的進(jìn)程工作集為進(jìn)程當(dāng)前在內(nèi)存中的頁面集合。當(dāng)創(chuàng)建一個(gè)進(jìn)程時(shí)，系統(tǒng)為其指定最小工作集和最大工作集。開始時(shí)，所有進(jìn)程缺省工作集和最小和最大工作集是相同的。系統(tǒng)初始化時(shí)，會(huì)計(jì)算一個(gè)進(jìn)程的最小和最大工作集值，當(dāng)物理內(nèi)存大于 32MB時(shí)，進(jìn)程缺省最小工作集為 50頁，最大工作集為 345頁。在進(jìn)程執(zhí)行過程中，內(nèi)存管理器會(huì)對(duì)進(jìn)程工作集大小進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整。 Windows 2023/XP系統(tǒng)的虛擬存儲(chǔ)管理實(shí)現(xiàn) 84 ? 當(dāng)一個(gè)進(jìn)程的工作集降到最小后，如果該進(jìn)程再發(fā)生缺頁中斷，并且內(nèi)存并不滿，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)增加該進(jìn)程的工作集尺寸。 ? 當(dāng)一個(gè)進(jìn)程的工作集升到最大后，如果沒有足夠的內(nèi)存可用，該進(jìn)程每發(fā)生一次缺頁中斷，系統(tǒng)都要從該進(jìn)程工作集中淘汰一頁，再調(diào)入所請(qǐng)求的頁面。如果有足夠內(nèi)存可用，系統(tǒng)允許一個(gè)進(jìn)程的工作集超過它的最大工作集尺寸。 ? 當(dāng)物理內(nèi)存剩余不多時(shí)，系統(tǒng)將檢查內(nèi)存中的每個(gè)進(jìn)程，查看其當(dāng)前工作集是否大于其最大工作集，如果是，則淘汰該進(jìn)程工作集中的一些頁，直到空閑內(nèi)存數(shù)量足夠或每個(gè)進(jìn)程都達(dá)到最小工作集。 Windows 2023/XP系統(tǒng)的虛擬存儲(chǔ)管理實(shí)現(xiàn) 85 ? 為了測(cè)試和調(diào)整進(jìn)程當(dāng)前工作集的合適尺寸，系統(tǒng)會(huì)定時(shí)從進(jìn)程中淘汰一個(gè)有效頁，觀察其是否會(huì)發(fā)生缺頁中斷。如果進(jìn)程沒有發(fā)生缺頁中斷，則該進(jìn)程工作集減 1，并回收該頁框到空閑鏈表中。 ? Windows 2023/XP的虛擬內(nèi)存管理總是為每個(gè)進(jìn)程提供可能好的性能，而無需用戶或系統(tǒng)管理員的干預(yù)。 3．盤交換區(qū) Windows 2023/XP可以支持多達(dá) 16個(gè)盤交換文件（頁面調(diào)度文件）。 Windows 2023/XP系統(tǒng)的虛擬存儲(chǔ)管理實(shí)現(xiàn) 計(jì)算機(jī)改變生活 87 演講完畢，謝謝觀看！
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