复习笔记|第十六章 Windows存储器管理《操作系统原理教程》
大纲问题回答（精简版）
1. 两种数据结构：虚拟地址描述符VAD、区域对象，这两种结构各有什么作用？
◆P304
◼ Windows系统采用一棵由虚拟地址描述符（VAD）构成的平衡二叉树来管理进程私有地址空间。一个进程的一组VAD结构构成一棵自平衡二叉树，便于快速查找。
◼ 区域对象（Section Object）
1．虚拟地址描述符VAD
◼ 当线程要求分配一块连续虚存时，系统为它建立一个VAD结构。
◼ VAD结构：被分配的地址域、该域是共享的还是私有的、该域的存取保护以及是否可继承等信息。
◼ 进程页表的构建一直推迟到访问页时才建立。（“懒惰”方式）
2．区域对象
◼ 区域对象 (section object) 被称为文件映射对象，是一个可被多个进程共享的存储区。
◼ 一个区域对象可被多个进程打开。
◼ 利用区域对象映射磁盘上的文件（包括页文件，可执行文件）。然后访问这个文件就像访问内存中的一个大数组，而不需要读/写操作。
2. 虚拟内存区域：空闲的、保留的、提交的。
进程私有2G地址空间的地址域可能是空闲的，被保留reserved，被提交committed。
◼被保留：已预留虚存，还没分配物理主存
◼被提交：已分配物理主存或交换区。
分配主存时，可以先保留地址域，后提交物理主存；也允许保留和提交同时实现。
第一阶段只保留地址空间，特别适合线程正在创建大的动态数据结构的情况。
3. 32位逻辑地址，二级页表。页目录表项和页表项具有相同的数据结构，该数据结构包含哪些数据项？进程页表建立的时机。进程的地址转换过程。
⚫ 在32位的地址空间上，允许每个用户进程占有4G的虚存空间。低2GB为进程的私有地址空间，高2GB为进程公用的操作系统空间。
32位的地址被分解为三部分：
◼ 采用二级页表结构：页目录表、页表
1. 页表/页目录表的结构
◼ 进程页表的构建一直推迟到访问页时才建立。（ “懒惰”方式）
4. 管理物理内存的数据结构：页框数据库。页框的8种状态，页框的状态转换图16.9。
页框数据库PFN
◼ 页框数据库是一个数组，其索引号从0到主存的页框总数-1。
◼ 内存页框有八种状态：
1. 活动（有效）：是进程工作集的一部分
2. 转移：说明一个页框正处于I/O操作进行中
3. 备用：已不属于工作集，页表项仍然指向该页，但被标记为正在转移的无效PTE。
4. 更改：已不属于工作集，修改未写磁盘，页表项仍指向该页，被标记为正在转移的无效PTE。
5. 更改不写入：更改但不写入磁盘
6. 空闲：不属于任何一个工作集
7. 零初始化：清零的空闲页框
8. 坏页框
5. 原型页表，区域对象的页表。虚拟页式中，采用原型页表实现多进程共享页。
P313
当一个页框被两个或多个进程共享时，存储器管理器依靠一个称为“原型页表”（Prototype PTE）的页表来记录这些被共享的页框。
区域对象有原型页表
当进程访问区域对象中的页时，利用原型页表填写进程页表。
6. Windows采用的页替换策略是什么？
① 调页策略：将所缺的页及其前后的一些页装入主存。局部性原理。
② 置页策略：放到物理主存。
③ 置换策略：在多处理器系统中，采用了局部先进先出置换策略。而在单处理器系统中，更接近于最近最久未使用策略(LRU，也称为“时钟页面置换算法”)。
大纲问题回答
1. 两种数据结构：虚拟地址描述符VAD、区域对象，这两种结构各有什么作用？（3）
VAD：线程要求分配一块连续的虚存时，系统并不立即为其建立页表，而是先为其建立一个 VAD 结构，记录被分配的地址域、域的共享/私有、域的存储保护和是否可继承等信息；
存储管理器通过维护一组 VAD 结构，记录每个进程地址空间的状态。一个进程的一组 VAD 结构构成一棵自平衡二叉树，以便快速查找。
区域对象：即文件映射对象，是一个可以被多进程共享的存储区；一个区域对象可被多个进程打开；使用区域对象，访问文件就像访问主存上的一个数组一样，无需文件 I/O 操作；
区域对象的作用为：
①可将一个可执行文件装入主存；
** ②可将一个大于进程地址空间的文件映射到进程地址空间；
③可被缓存管理器用于访问被缓存文件中的数据**；
实现文件映射（2）的过程：
①创建或打开一个被映射的磁盘文件
②创建一个与被映射文件大小相等的区域对象
③将区域对象的一个视口映射到进程保留的某部分地址空间，之后进程就可以像访问主存一样访问文件。当进程访问一个无效的页时，引起缺页中断，存储器管理器会自动地将这个页从映射文件调入主存。
④访问完成，解除被映射的这个视口，并将修改部分写回文件。
⑤若还需要访问文件的其他部分，可再映射文件的另一个视口，否则关闭区域对象和磁盘文件，结束映射过程
◆P304
◼ Windows系统采用一棵由虚拟地址描述符（VAD）构成的平衡二叉树来管理进程私有地址空间。一个进程的一组VAD结构构成一棵自平衡二叉树，便于快速查找。
◼ 区域对象（Section Object）
1．虚拟地址描述符VAD
◼ 当线程要求分配一块连续虚存时，系统为它建立一个VAD结构。
◼ VAD结构：被分配的地址域、该域是共享的还是私有的、该域的存取保护以及是否可继承等信息。
◼ 进程页表的构建一直推迟到访问页时才建立。（ “懒惰”方式）
2．区域对象
◼ 区域对象 (section object) 被称为文件映射对象，是一个可被多个进程共享的存储区。
◼ 一个区域对象可被多个进程打开。
◼ 利用区域对象映射磁盘上的文件（包括页文件，可执行文件）。然后访问这个文件就像访问内存中的一个大数组，而不需要读/写操作。
2. 虚拟内存区域：空闲的、保留的、提交的。（4）
进程私有2G地址空间的地址域可能是空闲的，被保留reserved，被提交committed。
空闲的：未使用的虚存区域；
保留的：已预留虚存，未分配物理主存；
提交的：已分配物理主存或交换区；
分配主存时，可以先保留地址域，后提交物理主存；也允许保留和提交同时实现。
第一阶段只保留地址空间，特别适合线程正在创建大的动态数据结构的情况。
3. 32位逻辑地址，二级页表。页目录表项和页表项具有相同的数据结构，该数据结构包含哪些数据项？进程页表建立的时机。进程的地址转换过程。
数据项包括：页框号、全局符位、大页位、修改位、访问位、禁用高速缓存标志、写直通位、所有者位、页的写保护位、有效位；
进程的页表在访问页时才建立（同 Linux），称为懒惰方式；
虚地址变换的过程就是标准的二级页表虚地址变换的过程：先用页目录索引找页表地址，再用页表索引结合页表地址找页框地址，最后用页内地址结合页框地址计算物理地址；最终再访问物理主存中的代码或数据页；
⚫ 在32位的地址空间上，允许每个用户进程占有4G的虚存空间。低2GB为进程的私有地址空间，高2GB为进程公用的操作系统空间。
32位的地址被分解为三部分：
◼ 采用二级页表结构：页目录表、页表
1. 页表/页目录表的结构
◼ 进程页表的构建一直推迟到访问页时才建立。（ “懒惰”方式）
4. 管理物理内存的数据结构：页框数据库。页框的8种状态：活动、转换、备用、更改、更改不写入、空闲、零初始化、坏，页框的状态转换图16.9。（2）
页框数据库PFN
◼ 页框数据库是一个数组，其索引号从0到主存的页框总数-1。
◼ 内存页框有八种状态：
1. 活动（有效）：是进程工作集的一部分
2. 转移：说明一个页框正处于I/O操作进行中
3. 备用：已不属于工作集，页表项仍然指向该页，但被标记为正在转移的无效PTE。
4. 更改：已不属于工作集，修改未写磁盘，页表项仍指向该页，被标记为正在转移的无效PTE。
5. 更改不写入：更改但不写入磁盘
6. 空闲：不属于任何一个工作集
7. 零初始化：清零的空闲页框
8. 坏页框
5. 原型页表，区域对象的页表。虚拟页式中，采用原型页表实现多进程共享页。（5）
原型页表是区域对象的页表，用于记录被共享的页框
进程访问区域对象中的页（即共享一个页）时，需要使用原型页表项并将其信息填写到进程的页表中；
P313
当一个页框被两个或多个进程共享时，存储器管理器依靠一个称为“原型页表”（Prototype PTE）的页表来记录这些被共享的页框。
区域对象有原型页表
当进程访问区域对象中的页时，利用原型页表填写进程页表。
6. Windows采用的页替换策略是什么？（4）
在多处理器系统中，采用了局部先进先出置换策略。
在单处理器系统中，更接近于最近最久未使用策略(LRU，也称为“时钟页面置换算法”)。
① 调页策略：将所缺的页及其前后的一些页装入主存。局部性原理。
② 置页策略：放到物理主存。
③ 置换策略：在多处理器系统中，采用了局部先进先出置换策略。而在单处理器系统中，更接近于最近最久未使用策略(LRU，也称为“时钟页面置换算法”)。
