计算机操作系统：虚拟存储器
? ? ? ? ?虛擬存儲器定義：是指具有請求調入功能和置換功能，能從邏輯上對內存容量加以擴充的一種存儲系統，其邏輯容量由內存容量和外村容量之和所決定?。
? ? ? ? ?虛擬存儲器工作情況：基于局部性原理可知，應用程序運行前僅須將那些當前要運行的少數頁面或段先裝入內存，其余部分暫留磁盤上。如果程序所要訪問的頁或段尚未調入內存，就發生缺頁或缺段請求。如果此時內存已滿，OS需要利用頁置換功能，將內存中暫時不用的頁調至磁盤上，再將需要訪問的頁調入內存。
? ? ? ? ? 虛擬儲存器的特征
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 1>多次性：指一個作業中的程序和數據允許被多次調入內存運行，即只需當前要運行的那部分程序和數據裝入內存即可開始運行。
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 2>對換性：在進程運行期間，允許將那些暫不使用的代碼和數據從內存調至外存的對換區，待以后需要時再將它們從外存調至內存。
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 3>虛擬性：是指能從邏輯上擴充內存容量
? ? ? ? ? 請求頁表數據結構：(從左置右)頁號，物理塊號，狀態位，訪問字段，修改位，外存地址
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 狀態位：指示該頁是否已調入內存，供程序訪問參考
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 訪問字段：用于記錄本頁在一段時間內的訪問次數，或記錄本頁最近已有多長時間未被訪問
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 修改位：標識該頁面在調入內存后是否被修改過，因為內存中的每一頁都在外存上保留了一份副本，修改后需要同步
? ? ? ? ? ?缺頁中斷特點：
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 1>在指令執行期間產生和處理中斷信號
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 2>一條指令在執行期間可能產生多次缺頁中斷
? ? ? ? ? ?請求分頁的內存分配策略：
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 1>固定分配局部置換：是指為每個進程分配一組固定數目的物理塊，在進程運行期間不再改變。如果進程在運行中發生缺頁，則只能從分配給該進程的n個頁面中選出一頁喚出，然后在調入一頁，以保證分配給該進程的內存空間不變。
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 2>可變分配全局置換：是指先為進行分配一定數目的物理塊，在進程運行期間，可根據情況做適當的增加或減少。如果進程在運行中發現缺頁，則將OS所保留的空閑物理塊(空閑物理塊隊列)取出一塊分配給該進程，或者以所有的空閑物理塊為標的，選擇一塊喚出。
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 3>可變分配局部：首先為進行分配一定數目的物理塊，但當某進程發現缺頁時，只允許從該進程在內存的頁面中選擇一頁換出，這樣就不會影響其它進程的允許。如果進行頻繁地發生缺頁中斷，則系統在為該進程分配若干附加的物理塊。
? ? ? ? ? 物理塊分配算法：
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 1>平均分配算法：將系統中所有可工分配的物理塊平均分給各個進程
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 2>按比例分配算法：根據進程的大小按比例分配物理塊
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 3>考慮優先權分配算法：為了照顧到重要的，緊迫的作業能盡快地完成，應為它分配較多的內存空間。通常把內存中可供分配的物理塊分成兩部分：一部分按比例分配，另一部分按進程的優先級進行分配
? ? ? ? ? 頁面調入策略：
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 1.何時調入頁面
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 1>預調頁策略：將那些預計在不就之后便會訪問的頁面預先調入內存
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 2>請求調頁策略：當進程在運行中需要訪問某部分程序和數據時，若發現其所在的頁面不在內存，便立即提出請求，由OS將其所需頁面調入內存。
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 2.從何處調入頁面：請求分頁系統將外存分為兩部分，用于存放文件的文件區和用于存放對換頁面的對換區。對換區采用連續分配的方式，文件區采用離散分配的方式，所以對換區的存儲速度比文件區要高。何時調入頁面分三種情況：
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?1>系統擁有足夠的對換區空間，這時可以全部從對換區調入所需頁面。在進行運行前，便須將進程相關的文件從文件區拷貝到對換區。
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?2>系統缺少足夠的對換空間，凡是需要不需要被修改的文件，都直接從文件區調入。需要修改的文件從對換區調入和調出。
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?3>unix方式，與進程相關的文件都存放在文件區，凡是未運行過的頁面從文件去調入。運行過的則通過對換區調入和調出。
? ? ? ? ? ?頁面置換算法：
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?1.最佳置換算法：一種理論上的算法，其所選擇的被淘汰頁面將是以后永不使用的，或許是在最長時間內不再被訪問的頁面。
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?2.先進先出頁面置換算法：該算法總是淘汰最先進入內存的頁面，即選擇在內存中駐留時間最久的頁面予以淘汰，需要用一個指針總是指向最老的頁面。
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?3.最近最久未使用頁面置換算法：選擇最近最久未使用的頁面予以淘汰。該算法賦予每個頁面一個訪問字段，用來記錄一個頁面自上次被訪問以來所經歷的時間t。當需要淘汰一個頁面時，選擇現有頁面中t值最大的。該算法需要為每一個頁面配置一個寄存器保存時間，需要一個棧保存順序。
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?4.最少使用頁面算法：在使用這個算法時，需要在內存中的為每一個頁面設置一個移位寄存器，用來記錄該頁面被訪問的頻率。
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?5.clock置換算法：
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?1>簡單clock置換算法：為每頁設置一個訪問位，再將內存中所有的頁面都通過鏈接指針鏈接成一個循環隊列。當某頁被訪問時，其訪問位被置為1。頁面置換算法再選擇一頁被淘汰時，只需檢查頁的訪問位。如果是0，則喚出；若為1，則重新置0
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?2>改進型clock置換算法：由于被修改過的頁面，換出時所付出的代價較大(要寫回磁盤)。改進型的算法新增加了一個修改位，每次檢查訪問位和修改位。首先第一輪檢查未被訪問和未被修改的，如果沒有合適的，第二輪檢查未被訪問和已被修改，并置訪問位位0，若還找不到合適的，再進行第一輪的操作。
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?6.頁面緩沖算法：為了降低頁面換進換出的頻率和寫回磁盤的頻率(對于已經被修改過的頁面，在將其換出時，應當寫回磁盤)，該算法在內存分配策略上采用了可變分配和局部置換方式，系統為每個進程分配一定數目的物理塊，系統自己保留一部分空閑物理塊。為了降低頁面換進換出的速度，內存中設置了空閑頁面鏈表和修改頁面鏈表。
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 1>空閑頁面鏈表：是系統掌握的空閑物理塊，用于分配給頻繁發生缺頁的進程。當一個未被修改的頁面要換出時，可以先不必換出，而是把它放在空閑鏈表的末尾，下次需要直接取
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 2>修改頁面鏈表：當進程需要將一個已修改的頁面換出時，系統先不必立即把它換出到外存上，而是把它掛在修改頁面鏈表末尾，到達一定的數目在集體換出。
? ? ? ? ? ? 抖動：同時在系統中運行的進程太多，導致分配給每一個進程的物理塊太少，以致頻繁出現缺頁，這會使得在系統中排隊等待頁面調進調出的進程數目增加。顯然，對磁盤的有效訪問也隨之急劇增加，造成每個進程的大部分時間都用于頁面的換進換出，進程不能再去做有效的工作，從而導致處理機的利用率也急劇下降，這時稱進程處于"抖動"狀態。
? ? ? ? ? ?工作集：指在某段時間間隔里，進程實際所要訪問頁面的集合。
? ? ? ? ? ?抖動的預防方法：
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?1.采取局部置換策略：當某進程發生缺頁時，只能在分配給自己的內存空間內進行置換，不允許從其他進程取獲得新的物理塊，這樣不會對其他進程造成影響。但這樣效果不是很好，因為進程在發生抖動后，它還會長期處在磁盤IO的等待隊列中。
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?2.把工作集算法融入到處理機調度中：在調度程序從外存調入作業之前，必須先檢查每個進程咋內存的駐留頁面是否足夠多。如果足夠多，則調入新作業；反之，為那些缺頁率居高的作業新增物理塊。
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?3.利用"L=S"準則調節缺頁率：L是缺頁之間的平均時間，S是平均缺頁服務時間，即用于置換一個頁面所需的時間。L遠大于S，說明很少發生缺頁；L小于S，說明頻繁發生缺頁。L=S時，磁盤和處理機都可達到它們的最大利用率。
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?4.選擇暫停的進程：當多道程序度偏高時，系統必須減少多道程序的數目。優先暫停那些優先級較低或并不十分重要的進程，將它們調出到磁盤上。
? ? ? ? ? ?請求段表機制：請求分段式管理中所需的主要數據結構式請求段表，其數據結構從左到右依次是：段名，段長，段基址，存取方式，訪問字段，修改位，存在位，增補位，外存始址。除了段名，段長，段基址外，其他地段都是新增的。
? ? ? ? ? ? ? ? ? ?1.存取方式：存取方式字段用于對該段信息進行保護
? ? ? ? ? ? ? ? ? ?2.訪問字段：用于記錄該段被頻繁訪問的程度
? ? ? ? ? ? ? ? ? ?3.修改位：表示該頁在進入內存后是否已被修改過
? ? ? ? ? ? ? ? ? ?4.存在位：指示該段是否已經調入內存
? ? ? ? ? ? ? ? ? ?5.增補位：用于表示本段在運行過程中是否快做過動態增長
? ? ? ? ? ? ? ? ? ?6.外存始址：本段在外存中的起始地址，即起始盤號
? ? ? ? ?共享段表：為了實現分段共享，可在系統中配置一張共享段表，所有共享段都在共享段表中占有一個表項。在表項上面記錄了共享段號，段長，內存始址，狀態位，外存始址及共享計數等信息。接下去就是記錄了共享此分段的每個進程的情況。
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 1.共享進程計數count：為記錄有多少進程正在共享該段，須設置共享進程計數count，只要當count為0時，表示沒有進程正在使用它，則進行回收。
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?2.存取控制字段：對于一個共享段，應為不同的進程賦予不同的存取權限
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?3.對于一個共享段，在不同的進程中可以具有不同的段號，每個進程可用自己進程的段號取訪問該共享段。
? ? ? ? ? 分段保護：
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?1.越界檢查：在進行地址變換時，首先將邏輯地址空間的段號與段表長度進行比較，還要檢查段內地址是否大于段長。
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?2.存取控制檢查：在段表的每個表項中都設置一個"存取控制字段",用于規定對該段的訪問方式。
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?3.環保護機構：該機制中規定，地編號的環具有高優先權。OS核心處于0號環內；某些重要的實用程序和操作系統服務占居中環；而一般的應用程序，則被安排在外環上。在環系統中，程序的訪問和調用應遵循以下規則：
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?1>一個程序可以訪問駐留在相同環或較低特權環(外環)中的數據
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?2>一個程序可以調用駐留在相同環或較高特權環(內環)中的服務。
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總結
以上是生活随笔為你收集整理的计算机操作系统：虚拟存储器的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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