《计算机基础知识REVIEW》の操作系统---存储管理

存储管理：

1）  所谓虚拟存储技术，即在内存中保留一部分程序或数据，在外存（硬盘）中放置整个地址空间的副本。程序运行过程中可以随机访问内存中的数据或程序，但需要的程序或数据不在内存中时，就将内存中的部分内容根据情况写回外存，然后从外存调入所需程序或数据，实现作业内部的局部对换，从而允许程序的地址空间大于实际分配的存储区域。

虚拟存储器允许用户用比主存容量大得多的地址空间来编程，以运行比主存实际容量大得多的程序。用户编程所用的地址称为逻辑地址（虚地址），而实际的主存地址称为物理地址（实地址）。

2）虚拟存储器可以分为单一连续分区、固定分区、可变分区、可重定位分区、非请求页式、请求页式、段页式7种。

现在，最常见的虚存组织有分段技术、分页技术、段页式技术3种，如下表：

段内偏移也称为段内地址，页内偏移也称为页内地址。

例如，某页式存储系统的地址变换过程如下图所示：

 

假定页面的大小为8KB，上图所示的十进制逻辑地址9612经过地址变换后，形成的物理地址a应该是十进制多少呢？（腾讯2010暑期实习的笔试题）

首先贴下图吧：(页式存储管理的地址映射)

 

 

因为8KB=2的13次方，所以页内地址有13位。逻辑地址9612转换成二进制得到10 0101 1000 1100，这里的低13位是页内偏移量，最高一位是页号；所以逻辑地址9612的页号为1，如图的对照表可知，对应的物理块号是3（二进制11）。把物理块号和页内偏移地址拼合得到110 0101 1000 1100（前两位是物理块号，后13位是页内偏移量），再转换成十进制，得到25996 。

 

3）虚拟存储管理的理论基础是程序的局部性原理。程序的局部性原理是指程序在执行时呈现出局部性规律，即在一段时间内，程序的执行仅限于程序的某一部分。相应地，执行所访问的存储空间也局限于某个内存区域。局部性又表现为时间局部性和空间局部性。

根据程序的局部性理论，Denning提出了工作集理论。工作集是指进程运行时被频繁访问的页面集合。

 

在虚存的管理中涉及载入（调入）、放置（放入分区）和交换等问题：

1）  调入策略：即何时将一页或一段从外存中调入主存，通常有两种策略，一是请求调入法，即需要使用时才调入；另一种是现行调入法，即将预计要使用的页/段现行调入主存。

2） 放置策略：即调入后，放在主存的什么位置，这与实存管理基本一致。

3） 置换策略：当发生缺页中断时，需要进行置换。常见的置换算法有：

最优算法（OPT）:淘汰不用的或最远的将来才用的页。这是一种理想算法，不可能实现，只能用来作为衡量算法效率的参照物；

随机算法（RAND）：随机淘汰，这种算法开销小，但性能不稳定；

先进先出算法（FIFO）：选择最早调入也是驻留时间最长的页；

最近最少使用算法（LRU）：选择离当前时刻最近的一段时间内使用得最少的页。

例如，某虚拟存储系统采用LRU页面淘汰算法，假定系统为每个作业分配3个页面的主存空间，其中一个页面用来存放程序。现有某作业的部分语句如下：

Var A : Array[1...150, 1...100] OF integer;

            i, j : integer;

FOR i:=1 to 150 DO

            FOR j:=1 to 100 DO

                     A[i, j] := 0;

设每个页面可存放150个整数变量，变量i,j放在程序页中。初始时，程序及变量i、j已在内存，其余两页为空，矩阵A按行序存放。

在上述程序片段中，共产生100次缺页中断。这是因为采用了3个页面来存储，由于第一个页面用来存放程序及i、j。所以只有两个页面用来存放数组。整个数组有150*100 = 15000个整数，而每一页可存放150个整数变量，所以整个程序执行完，共产生15000/150=100次缺页。因为矩阵A按行序存放，每一行100个整数，最后保留在两个内存页面的内容是矩阵A的最后3行的数值。