? ? ? ?分頁內(nèi)存分配和分段內(nèi)存分配可以解決程序在內(nèi)存中離散存放的問題，但是，這個兩種方式都要求程序?qū)?span style="color:#ff0000;">整個裝入內(nèi)存。如果程序比內(nèi)存大，那么分頁和分段都無法解決這個問題。其實(shí)一個程序在短時間內(nèi)的執(zhí)行可能局限于某小段程序范圍內(nèi)，這樣把程序全部調(diào)入內(nèi)存早成空間浪費(fèi)，可以只裝入一部分，進(jìn)程需要的其他數(shù)據(jù)存放在外存，當(dāng)需要的時候調(diào)入內(nèi)存。這樣做的好處：內(nèi)存中可以保存更多的進(jìn)程；進(jìn)程可以比主存大。

1.虛擬存儲器

? ? ? ?虛擬存儲是指請求調(diào)入功能和置換功能。給用戶的感覺是整個進(jìn)程被調(diào)入了內(nèi)存，其實(shí)是只有一部分，其余部分在外村。虛存就是內(nèi)存和外存之和。虛擬存儲需要解決如下幾個問題：

? ? ?（1）地址映射：一個頁面可能多次被調(diào)入和調(diào)出內(nèi)存，每次在內(nèi)存的地址不同，這就需要將邏輯地址轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的物理地址，并且是動態(tài)的。

? ? ?（2）分配策略：為了訪問虛存中的任何部分，待訪問的數(shù)據(jù)必須駐留在內(nèi)存。事先要提供一個種存儲器分配策略，以確定要調(diào)入的部分裝入到存儲器的哪個位置。

? ? ?（3）置換策略：當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)存空間不夠時，系統(tǒng)必須通過換出頁面來找到空間。系統(tǒng)可以將進(jìn)程某些不用的空間換出內(nèi)存，也可以將其他進(jìn)程頁面換出，如何取舍。

? ? ?（4）裝載控制：靜態(tài)裝載將進(jìn)程的所有虛擬存儲器裝載到內(nèi)存。動態(tài)裝載只是用的時候才裝入。

2.請求分頁

? ? ? ?請求分頁存儲管理方式也叫虛擬頁式分配，是虛擬器存儲器的一種實(shí)現(xiàn)方法。所謂請求分頁是指在基本分頁上的基礎(chǔ)上增加請求調(diào)頁和頁面置換功能的一種存儲分配策略。純分頁系統(tǒng)中，進(jìn)程的所有頁面都在物理內(nèi)存中，而虛擬頁式分配，一個進(jìn)程只有部分頁在內(nèi)存中，一部分在外存中。一旦進(jìn)程訪問的頁不在內(nèi)存，對進(jìn)程來說就意味著缺頁，就通過缺頁中斷向操作系統(tǒng)發(fā)出一個請求，請求把內(nèi)存中位于外存的頁調(diào)入內(nèi)存。

? ? ?請求分頁的硬件支持：頁表需要加入幾個標(biāo)志項(xiàng)，缺頁中斷機(jī)構(gòu)和地址變換機(jī)構(gòu)。

? ? ? 內(nèi)存分配策略：分配給一個進(jìn)程的存儲量越小，內(nèi)存中容納的進(jìn)程數(shù)越多，但是進(jìn)程缺頁異常也就越頻繁。同時給進(jìn)程分配一定數(shù)量的物理塊后，由于局部原理，給該進(jìn)程分配更多的頁物理塊對該進(jìn)程的缺頁率無影響了。三種分配策略：

? ? ?（1）固定分配策略：分配給進(jìn)程的物理塊在運(yùn)行過程中不變，當(dāng)進(jìn)程發(fā)生缺頁時，從該進(jìn)程中占用的幾個物理塊找到一頁替換出去。

? ? ?（2）可變局部分配策略：內(nèi)存中每個進(jìn)程分配了一定數(shù)量的物理塊。但是系統(tǒng)中還有一個空閑物理塊。進(jìn)程發(fā)生缺頁時，先檢查空閑物理塊，如果有空的，直接分配給進(jìn)程。沒有空的，只能從進(jìn)程自己的空間中選一頁置換出去。

? ? ?（3）可變分配全局置換：一旦進(jìn)程發(fā)生缺頁，從整個內(nèi)存中選擇一頁置換出去。

? ? ? ?在采用固定分配時，可以按照進(jìn)程數(shù)平均分配給每個進(jìn)程等份的空間；可以按照進(jìn)程大小比例分配空間；考慮進(jìn)程優(yōu)先級分配。

3.頁面轉(zhuǎn)換算法

? ? ??當(dāng)頁不在內(nèi)存中，系統(tǒng)要選一頁移到外存中，下面介紹幾個固定分配局部置換的內(nèi)存分配策略：

? ? ?（1）最優(yōu)頁面置換算法（OPT）:缺頁時，當(dāng)前內(nèi)存中的這幾頁中，有的頁再也不用了，那么把該頁置換出是最好的。如果當(dāng)前內(nèi)存中的幾頁都要使用，選擇一個最后用到的頁把他轉(zhuǎn)換出去。

范例：內(nèi)存為某進(jìn)程分配三個物理塊（不能變了），進(jìn)程頁面走向如下：7 0 1 2 0 3 0 4 2 3 0 3 2 1 2 0 1 7 0 1

? ? ? ??7：發(fā)生缺頁中斷，調(diào)入內(nèi)存；? 0：發(fā)生缺頁中斷，調(diào)入內(nèi)存；1：發(fā)生缺頁中斷，調(diào)入內(nèi)存；2：需要從7,0,1中選擇一個置換，頁面7是第18個要訪問的頁面，0是第5個要訪問的頁面，1是第14個訪問的頁面，所以選擇7置換，即內(nèi)存總還剩2 0 1。依次類推。。。

注意：開始內(nèi)存是空的，所以沒有頁面，這時也算缺頁異常。

? ? ? （2）先進(jìn)先出算法：總是選擇當(dāng)前系統(tǒng)中最早進(jìn)入內(nèi)存的那一頁置換出去。

范例：內(nèi)存為某進(jìn)程分配三個物理塊（不能變了），進(jìn)程頁面走向如下：7 0 1 2 0 3 0 4 2 3 0 3 2 1 2 0 1 7 0 1

? ? ? ?7：發(fā)生缺頁中斷，調(diào)入內(nèi)存；? 0：發(fā)生缺頁中斷，調(diào)入內(nèi)存；1：發(fā)生缺頁中斷，調(diào)入內(nèi)存；2：淘汰7，即內(nèi)存中0 1 2；2：已經(jīng)在內(nèi)存；0：在內(nèi)存；3：0是最早進(jìn)入內(nèi)存的，雖然前一次是0，但是因?yàn)閮?nèi)存中，已經(jīng)有了所以不算新進(jìn)入的。后面依次了退。。

? ? ? ? FIFO算法有時候會產(chǎn)生Belady現(xiàn)象，即分配給進(jìn)程空間增大，反而缺頁率增加了，其他算法沒有。

? ? ?（3）最近很少使用置換算法（LRU）：總是選擇當(dāng)前頁面中沒有被使用時間最久的那一頁，即使用最少的那一頁，將它換出出去。

范例：內(nèi)存為某進(jìn)程分配三個物理塊（不能變了），進(jìn)程頁面走向如下：7 0 1 2 0 3 0 4 2 3 0 3 2 1 2 0 1 7 0 1

最終的序列：（7 0 1）（2 1 0）（0 2 1）（3 0 2）（0 3 2）（4 0 3）（2 4 0）（3 2 4）（0 3 2）（3 0 2）。。。

? ? ?（4）clock算法：針對FIFO性能差，而LRU實(shí)現(xiàn)困難。Clock算法需要給每個物理塊增加一個附加位，稱為使用位。當(dāng)某頁裝入內(nèi)存時，使用位設(shè)為1，物理塊被使用時，也被設(shè)為1。clock算法將頁面看作一個循環(huán)緩沖區(qū)，并且有一個指針與之關(guān)聯(lián)。當(dāng)需要進(jìn)行置換的時候，指針掃描，如果指針?biāo)傅捻撁鏋?，則被置換。如果不為0，將其置0，繼續(xù)掃描下一塊，直到找到一個使用位為0的塊。如果所有位都是1，則掃描整個系統(tǒng)，回到指針開始的位置替換該頁。所有的使用位為0，則指針指向的物理塊被替換。

? ? ? ?Unix的clock算法：unix不是在缺頁的時候才選擇置換，而是一次缺頁總是使用當(dāng)前空閑物理塊表中的一塊，如果沒有空閑塊，則進(jìn)程會被阻塞，直到有空閑塊。unix中有一個頁面守護(hù)進(jìn)程周期性醒來，然后選擇一些使用位為0的頁面置換出去。

? ? ?（5）改進(jìn)時鐘算法：時鐘算法只考慮了每一頁的使用頻率，并沒有考慮該頁是否被修改。如果系統(tǒng)中的某一頁被換出，而且它被修改了，那么需要把該頁重新寫回外村（沒有被修改的時候，不要寫到外存，直接替換）。為了區(qū)分是否被修改，額外添加一個修改位w。新頁面裝入內(nèi)存時，w=0，修改后，w=1。具有兩個附加位的物理塊中的頁具有以下四種情況：

? ? ? ? ? ? ? a.最近未被訪問過，未被修改過（u=0，w=0）;//最適合換出的頁面

? ? ? ? ? ? ? b.最近未被訪問過，被修改過（u=0，w=1）;//上面的沒有選擇這種頁面

? ? ? ? ? ? ? c.最近被訪問過，未被修改過（u=1，w=0）;//上面的沒有選擇這種頁面

? ? ? ? ? ? ? c.最近被訪問過，被修改過（u=1，w=1）;//上面的沒有選擇這種頁面

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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的内存管理之虚拟页式分配的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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