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操作系统第五章4虚拟存储器管理

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操作系统原理第5章 存储管理

操作系统原理第5章 存储管理


• ⑶最佳适应算法
• 最佳适应算法的空闲链是按空闲区从小到大顺序排 列。为进程选择分区时总是寻找其大小最接近进程 所要求的存储区域。所谓“最佳”是指每次为进程 分配内存时，总是把能满足要求、又是最小的空闲 分区分配给进程，避免“大材小用”。
• 因为每次分配后所切割下来的剩余部分总是最小的， 这样将加速碎片的形成。
• ①如果被回收空闲分区没有空闲伙伴分区，那么保留该分区为一 个独立的空闲分区，否则执行②；
• ②合并回收分区及其伙伴分区，从而得到一个尺寸（2I+1）更大的 回收空闲分区，转移到①；
一个伙伴系统内存分配与回收的例子
• 伙伴系统克服了固定分区和动态分区存储管理技术的缺陷。但是伙伴 系统存在一个问题，即内存空间需要不断地进行分裂和合并，频繁的 伙伴分区合并操作会浪费很多时间。
• ③内存分配原则，以页帧为单位来分配内存，将进程若干个逻辑上连续的 页面装入若干个离散的页帧中，由页表提供进程的页号到存储空间帧号的 映射。
5.2.4伙伴系统
• 其实现原理如下： • 一个伙伴系统内存的用户可用空间为2U。进程申请存储空间时，
系统总是为其分配大小为2I的一个空闲分区。其中S≤I≤U，2S是系 统允许的最小分区尺寸。在实际操作系统中，最小分区尺寸一般 为212。 • 如果进程申请的存储空间大小为K，且2I-1<K≤2I，则将整个2I大小的 分区分配给该进程；否则，该分区被分割成两个大小相等的伙伴 分区，大小为2I-1；再判断K是否满足条件：2I-2<K≤2I-1，若满足条件， 则将两个伙伴中的任何一个分配给该进程。否则，将其中一个伙 伴又分成两个大小相等的伙伴分区；此过程一直继续进行，直到 产生的分区满足条件I-J≥S并2I-J-1<K≤2I-J，将2I-J大小的分区分配给该 进程；当I-J-1<S时，系统不再分割成两个大小相等的伙伴分区，将 2S大小的分区分配给该进程。 • 当进程执行完毕，释放一个尺寸为2I的分区时，系统用下面的算法 回收该分区。
计算机操作系统第五章-虚拟存储器分解

计算机操作系统第五章-虚拟存储器分解

计算机操作系统第五章-虚拟存储器分解第五章虚拟存储器第一节虚拟存储器的基本概念一、虚拟存储器的引入在前面介绍的各种存储管理方式中，用户作业一旦被装入内存，就会一直驻留其中，直到进程运行结束(驻留性)。

有些存储管理方式还存在一次性。

因此，用户作业要最终运行完毕，系统必须给它提供不短于作业长度的存储空间。

于是就出现了两种问题：长作业无法运行大量作业无法同时运行程序运行的局部性原理：在一段时间内一个程序的执行往往呈现出高度的局部性。

前期讨论：P112-113；局部性还表现在两方面：(1) 一条指令被执行，则不久以后该指令很可能再次执行；某个数据被访问，则不久以后该数据附近的数据很可能被访问。

产生这类局部性的典型原因，是由于在程序中存在着大量的循环操作。

(2) 程序在一段时间内所访问的地址，可能集中在一定的范围之内。

若某一存储单元被使用，则在一定时间内，与该存储单元相邻的单元很可能被使用。

其典型情况便是程序的顺序执行、数组的处理等。

局部性原理是在存储分配时克服驻留性、实现虚拟存储的依据。

二、虚拟存储器的定义定义：具有请求调入功能和置换功能，能从逻辑上对内存容量进行扩充的一种存储器系统。

其访问速度接近于内存，而其容量和每位的成本却又接近于外存。

特性：虚拟存储器连续性离散性一次性多次性驻留性交换性虚拟性对用户而言，它访问特性和内存一样；它以CPU时间和外存空间换取宝贵内存空间，是操作系统中的一种资源转换技术。

容量：一个虚拟存储器的最大容量是由计算机的地址结构确定的。

如：若CPU的有效地址宽度为32位，则程序可以寻址范围是0～232-1 ，即虚存容量可达4GB。

虚拟存储器的容量与主存的实际大小没有直接的关系，而是在主存与辅存的容量之和的范围内。

三、虚拟存储技术基本原理：P115把内存与外存有机地结合起来使用，从而得到一个容量很大的“内存”。

当进程开始运行时，先将它的一部分内容装入内存，另一部分暂时留在外存。

在运行过程中，当要访问的指令/数据不在内存时，由OS 自动将内存中的一些内容调到外存，藤出空间，再将马上要访问的内容从外存调入内存。

操作系统---虚拟存储器管理

操作系统---虚拟存储器管理


作业1
空闲区 作业1 运行 进驻内存 空闲区
作业2
作业1被系统调 空闲区 出，进入外存， 作业2调入内存 运行 作业3 作业2 空闲区
出 ， 调 入 作 业 3 运 行 将 作 业 2 的 部 分 内 容 换
作业1 作业3 作业3 作业2 作业1运行完毕， 将作业3的换出 部分重新装入 空闲区 将作业3的部分 内容换出，再 次调入作业1 运行
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请求分页存储管理的实现
问题一：如何知道作业中的某一部分所在的位置？
【解答】 修改数据结构——页表。 需要在页表中添加相应的字段： 若页面在内存：给出物理块号； 若页面在外存：应给出在外存中的位臵； 为每个作业设臵新的页表，记录作业中的某一页在 虚拟存储空间的位臵。如图所示： 页号 号 物理块号 状态位 访问字段 修改位 外存地址
5
内存扩充技术
授课内容：
覆盖技术
对换技术
虚拟存储技术
6
教学目的和要求
通过本讲的学习，学生将能够：
了解内存扩充技术 描述常规存储管理方式的特征和程序局部性原理 给出虚拟存储器的定义，并理解虚拟存储器的特征 了解请求分页存储管理方式及实现 了解请求分段存储管理方式及实现 了解请求段页存储管理方式及实现 了解LINUX系统的存储器管理策略
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课堂练习：对换
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一、选择题
1. 对外存对换区的管理应以（A）为主要目标；对外存 文件区的管理应以（B）为主要目标。
A，B：（1）提高系统吞吐量；（2）提高存储空间 的利用率；（3）降低存储费用；（4）提高换入换出速度； 二、问答题 1. 在系统中引入对换会带来哪些好处？
2. 为实现对换，系统应具备哪几方面的功能？
第5章 虚拟存储器 (1)

第5章 虚拟存储器 (1)

作业无法在小内存中运行，无法提高系统的多道程序度，限制了处理机的利用率 和系统的吞吐量。事实上，许多作业在运行时，并非需要用到全部程序和数据。
• (2)驻留性，是指作业被装入内存后，整个作业都一直驻留在内存中，其中 任何部分都不会被换出，直至作业运行结束。尽管运行中的进程被阻塞，而处于 长期等待状态，它们都仍将驻留在内存中，继续占用宝贵的内存资源。
虚拟存储ห้องสมุดไป่ตู้概述
虚拟存储器的定义和特征
虚拟存储器的特征
• (3)虚拟性。是指能够从逻辑上扩充内存容量，使用户所看到的内存容 量远大于实际内存容量。这样，就可以在小的内存中运行大的作业，或者 能提高多道程序度。它不仅能有效地改善内存的利用率，还可提高程序执 行的并发程度。
• 虚拟存储器目前已在大、中、小及微机上广泛采用。虚拟性是以多次 性和对换性为基础的，或者说，仅当系统允许将作业分多次调入内存，并 能将内存中暂时不运行的程序和数据换至盘上时，才能实现虚拟存储器。
虚拟存储器概述
5.1.3 虚拟存储器的实现方法 P167
• 在虚拟存储器中，允许将一个作业分多次调入内存。所以，虚拟存储器的 实现，都建立在离散分配存储管理方式的基础上。目前，所有的虚拟存储器都 是采用下述方式之一实现的。
• 1．分页请求系统
• 分页请求是在分页的基础上增加了请求调页功能和页面置换功能所形成的 页式虚拟存储系统。它允许用户程序只装入少数页面的程序（及数据）即可启 动运行。以后，再通过调页功能及页面置换功能陆续地把即将运行的页面调入 内存，同时把暂不运行的页面换出到外存上。置换时以页面为单位；为了能实 现请求调页和页面置换功能，系统必须提供硬件支持和请求分页的软件。
5.2 请求分页存储管理方式 P168
操作系统原理虚拟存储器管理资料

操作系统原理虚拟存储器管理资料


光存储技术
通过垂直堆叠存储单元，提供更 高的存储密度和更低的延迟，有 望改变虚拟存储器的架构和设计。
利用激光在介质上刻写数据，具 有极高的存储密度和长达数百年 的数据保存期限，为虚拟存储器 提供了前所未有的容量和可靠性。
云计算与虚拟存储器的关系
云计算资源池化
分布式存储系统
云原生技术
云计算通过虚拟化技术将物理资源抽 象成逻辑资源，实现资源的动态分配 和共享，虚拟存储器是云计算资源池 化的重要组成部分。
物理地址空间
实际内存中的地址空间，与逻辑地址空间不一定连续。物理地址是内存单元的 实际地址，由硬件直接访问。
地址映射机制
1 2
动态重定位
程序执行时，将逻辑地址转换为物理地址的过程。 通过查页表或段表实现地址映射。
请求调页/请求分段
当所需页面/段不在内存中时，发出缺页/缺段中 断，将所需页面/段调入内存。
05
虚拟存储器与操作系统的关系
虚拟存储器对操作系统的影响
扩大内存容量
虚拟存储器通过内外存交换技术， 使得程序可以使用比实际内存更 大的容量。
内存保护
每个程序都在自己的虚拟地址空 间中运行，互不干扰，提高了系 统的安全性。
内存管理灵活
虚拟存储器实现了内存的逻辑扩 充，使得内存管理更加灵活，方 便用户和程序员使用。
03
内存回收策略
当进程不再需要某些内存空间时，操 作系统需要将这些空间回收并重新利 用。常见的内存回收策略包括引用计 数法、标记清除法和复制法等。
缓存技术
要点一
缓存命中与缺失
当CPU访问数据时，如果数据已经在 缓存中，则称为缓存命中；否则需要 从主存中读取数据到缓存中，称为缓 存缺失。
操作系统原理虚拟存储器管理

操作系统原理虚拟存储器管理


总结词
将内存划分为大小不等的段，每段存放 一个程序的段，以段为单位进行交换。
VS
详细描述
段式存储管理将内存空间划分为大小不等 的段框，每个段框可以存放一个程序的段 。程序被划分为多个段，每个段可以有不 同的长度。在进行段交换时，以段为单位 进行数据的存取和替换。
段页式存储管理
总结词
结合段式和页式存储管理的特点，将内存划分为固定大小的页框，程序分割为多个段，每段再分割为 固定大小的页。
虚拟存储器提供了一个统一的地址空间，使得应用程序可以 像访问内存一样访问硬盘上的数据，从而提高了程序的运行 效率。
虚拟存储器的实现方式
内存管理单元（MMU）
负责将虚拟地址转换为物理地址，实现虚拟存储器到物理存储器的 映射。
交换区
当物理内存不足时，操作系统会将部分内存数据交换到硬盘的交换 区中，以释放物理内存空间。
实现进程隔离
通过虚拟内存技术，每个进程都有独 立的内存空间，实现进程间的隔离， 防止数据冲突和相互干扰。
支持大内存程序
通过将内存分为物理内存和虚拟内存， 支持大内存程序的运行，满足不断增 长的程序需求。
02
虚拟存储器的基本概念
虚拟存储器的定义
虚拟存储器是一种将物理内存与硬盘存储相结合的技术，通 过将部分硬盘空间映射到物理内存中，实现内存的扩展。
操作系统原理虚拟存储器管 理
• 引言 • 虚拟存储器的基本概念 • 虚拟存储器的原理 • 虚拟存储器的管理策略 • 虚拟存储器的实现技术 • 虚拟存储器的性能优化
01
引言
主题简介
虚拟存储器是操作系统中用于管理物 理内存和磁盘存储的技术，通过将内 存分为物理内存和虚拟内存，实现进 程间的隔离和内存的动态分配。
操作系统原理虚拟存储管理技术讲义

操作系统原理虚拟存储管理技术讲义

操作系统原理虚拟存储管理技术
1、请求分页式存储管理的基本概念 1）基本原理
运行前将一部分页面装入内存，另外一部分页 面则装入外存。在程序运行过程中，如果所访 问的页面不再内存中，则发生缺页中断，操作 系统进行页面动态调度：
a） 找到被访问页面在外存中的地址。 b） 在内存中找一个空闲块，如果没有，则按 照淘汰算法选择一个内存块，将此块内容写回 外存，修改页表。
2）堆栈法
按照页面最后一次访问的时间次序依次排列到堆 栈中。进程访问某一页时，其对应的页面号由 栈内取出压入栈顶，因此，栈顶始终是最新被 访问页面的页面号，栈底则是最近最久没有使 用的页面号。
操作系统原理虚拟存储管理技术
4）最近未使用置换算法（NRU） 近似于LRU算法，不但希望淘汰最近未使
用的页面，还希望被挑选的页面在内存 驻留期间，其页面内容没有给修改过， 因此增加两个硬件位：访问位和修改位。 0和1，0表示未访问或未修改。
操作系统原理虚拟存储管理技术
由访问位A和修改位M可以组合成下面四种类 型的页面：
1类(A=0, M=0): 表示该页最近既未被访问， 又未被修改， 是最佳淘汰页。
2类(A=0, M=1)： 表示该页最近未被访问， 但已被修改， 并不是很好的淘汰页。
3类(A=1, M=0)： 最近已被访问， 但未被 修改， 该页有可能再被访问。
操作系统原理虚拟存储管理技术
• Belady现象：采用FIFO算法时，如果对一个 进程未分配它所要求的全部页面，有时就会出 现分配的页面数增多，缺页率反而提高的异常 现象。
• Belady现象的描述：一个进程P要访问M个页， OS分配N个内存页面给进程P；对一个访问序 列S，发生缺页次数为PE（S,N）。当N增大时， PE(S, N)时而增大，时而减小。 • Belady现象的原因：FIFO算法的置换特征与 进程访问内存的动态特征是矛盾的，即被置换 的页面并不是进程不会访问的。
操作系统第5章虚拟存储器

操作系统第5章虚拟存储器

(1) 有的作业很大，其所要求的内存空间超过了内存总 容量，作业不能全部被装入内存，致使该作业无法运行；
(2) 有大量作业要求运行，但由于内存容量不足以容纳 所有这些作业，只能将少数作业装入内存让它们先运行，而 将其它大量的作业留在外存上等待。
2
第五章 虚 拟 存 储 器
5.1.1 常规存储管理方式的特征和局部性原理 1. 常规存储器管理方式的特征 我们把前一章中所介绍的各种存储器管理方式统称为传
当进程访问某物理块时，要将相应寄存器的Rn-1位置成 1。此时，定时信号将每隔一定时间(例如100 ms)将寄存器右 移一位。如果我们把n位寄存器的数看作是一个整数，那么， 具有最小数值的寄存器所对应的页面，就是最近最久未使用 的页面。
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第五章 虚 拟 存 储 器
实页
R 实 页R7
R6
R5
R4
R3
算机系统除了要求一定容量的内存和外存外，还需要有请求 页表机制、缺页中断机构以及地址变换机构。
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第五章 虚 拟 存 储 器
1. 请求页表机制 在请求分页系统中需要的主要数据结构是请求页表，其 基本作用仍然是将用户地址空间中的逻辑地址映射为内存空 间中的物理地址。为了满足页面换进换出的需要，在请求页 表中又增加了四个字段。这样，在请求分页系统中的每个页 表应含以下诸项：
页号
物理块号
状态位 P
访问字段 A
修改位 M
外存地址
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第五章 虚 拟 存 储 器
2. 缺页中断机构 (1) 在指令执行期间产生和处理中断信号。 (2) 一条指令在执行期间可能产生多次缺页中断。
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第五章 虚 拟 存 储 器
图5-1 涉及6次缺页中断的指令
操作系统第五章虚拟存储器-答案

操作系统第五章虚拟存储器-答案

操作系统第五章复习题一、选择题1、虚拟存储器功能的管理方法包括（）。

A 可变分区存储管理B 基本分页存储管理C 请求分段存储管理D 段页式存储管理2、虚拟存储器的最大容量（）。

A 由作业的地址空间决定B 是任意的C 由计算机的地址结构决定的D 为内、外容量之和3、下面的页面置换算法中会产生所谓Belady 异常现象的是（）。

A 最佳页面置换算法（OPT）B 先进先出页面置换算法(FIFO)C 最近最久未使用页面置换算法(LRU)D 最少使用页面置换算法（LFU）4、实现虚拟存储器的目的是（）。

A 实现存储保护B 实现程序浮动C 扩充辅存容量D 扩充内存容量5、把作业地址空间使用的逻辑地址变成内存物理地址为（）。

A 加载B 重定位C 物理化D 逻辑化6、虚拟存储管理系统的基础是程序的（）理论。

A 局部性B 全局性C 动态性D 虚拟性7、从下列关于非虚拟存储器的论叙中，选出一条正确的论叙。

（）A 要求作业在运行前，必须全部装入内存，且在运行过程中也必须一直驻留内存。

B 要求作业在运行前，不必全部装入内存，且在运行过程中不必一直驻留内存。

C 要求作业在运行前，不必全部装入内存，但在运行过程中必须一直驻留内存。

D 要求作业在运行前，必须全部装入内存，且在运行过程中不必一直驻留内存。

二、判断题1、虚拟存储器时物理上扩充内存容量。

（F ）2、为提高请求分页系统中内存的利用率，允许用户使用不同大小的页面。

（F ）3、在请求分页式系统中，以页为单位管理用户的虚空间，以段为单位管理内存空间。

(F )三、填空题1、在页式存储器管理系统中，常用的页面淘汰算法有：（最佳），选择淘汰不再使用或最远的将来才使用的页；（ FIFO），选择淘汰在内存驻留时间最长的页；2、在请求分页系统中，若逻辑地址中的页号超过页表控制寄存器中的页表长度，则会引起（越界中断）；否则，若所需的页不在内存中，则会引起（缺页中断）。

四、简答题1、虚拟存储器有哪些特征？其中最本质的特征是什么？2、实现虚拟存储器需要哪些硬件支持？3、说明请求分段系统中的缺页中断处理过程。

东软操作系统习题及答案（5）

东软操作系统习题及答案（5）

第五章虚拟存储器一、单项选择题1、以下存储管理技术中，支持虚拟存储器的技术是（）。

A．动态分区分配B．可重定位分区分配C．请求分页存储管理D．基本分页存储管理2、请求分页存储管理中，若把页面尺寸增加一倍，在程序顺序执行时，则一般缺页中断次数会（）。

A．增加B．减少C．不变D．可能增加也可能减少3、虚拟存储管理策略可以（）。

A．扩大物理内存容量B．扩大物理外存容量C．扩大逻辑内存容量D．扩大逻辑外存容量4、下列那一条（）不是影响缺页率的主要因素。

A．缺页中断服务速度B．分配给作业的物理块数C．系统规定页面的大小D．页面调度算法二、填空题1、在虚拟存储机制中，进程的一部分装入内存，一部分保留在硬盘上。

当发现某条指令不在内存中时，发生__________。

1、虚拟存储器的特征有__________，__________和__________。

2、在请求分页存储管理中，每当要访问的页面不在内存时，会产生__________。

3、在请求分段存储管理中，当运行进程要访问的段尚未调入内存时，会产生__________。

5、在请求分页存储管理中，进程的某页可能会重复地被换出和换入内存，发生多次的缺页中断，影响程序执行的性能，这种现象称为__________。

6、某虚拟存储器的用户空间共有32个页面，每页1KB，主存16KB。

假定某时刻系统为用户的第0，1，2，3页分别分配的物理块号为5，10，4，7，虚拟地址065C和0D3C变换为物理地址后分别是__________和__________。

（十六进制）7、在一个请求分页存储管理系统中，采用先进先出页面置换算法时，假如一个作业的页面走向为1，3，2，4，2，3，5，4，3，1，2，5。

当分配给该作业的物理块数M分别为3和4时，访问过程中发生的缺页次数为__________和__________。

（假定开始时，物理块中为空）8、在一个请求分页存储管理系统中，某程序的页面走向为：2，3，2，1，5，2，4，5，3，2，5，2。

计算机操作系统--虚拟存储器 ppt课件

计算机操作系统--虚拟存储器 ppt课件

pp6t课拟存储器的定义和特征 1. 虚拟存储器的定义 当用户看到自己的程序能在系统中正常运行时，他会认
为，该系统所具有的内存容量一定比自己的程序大，或者说， 用户所感觉到的内存容量会比实际内存容量大得多。但用户 所看到的大容量只是一种错觉，是虚的，故人们把这样的存 储器称为虚拟存储器。
统存储器管理方式，它们全都具有如下两个共同的特征： (1) 一次性 (2) 驻留性
pp3t课件
第五章 虚 拟 存 储 器
2. 局部性原理 程序运行时存在的局部性现象，很早就已被人发现，但 直到1968年，P.Denning才真正指出：程序在执行时将呈现出 局部性规律，即在一较短的时间内，程序的执行仅局限于某 个部分，相应地，它所访问的存储空间也局限于某个区域。
算机系统除了要求一定容量的内存和外存外，还需要有请求 页表机制、缺页中断机构以及地址变换机构。
pp1t1课件
第五章 虚 拟 存 储 器
1. 请求页表机制 在请求分页系统中需要的主要数据结构是请求页表，其 基本作用仍然是将用户地址空间中的逻辑地址映射为内存空 间中的物理地址。为了满足页面换进换出的需要，在请求页 表中又增加了四个字段。这样，在请求分页系统中的每个页 表应含以下诸项：
pp1t8课件
第五章 虚 拟 存 储 器
3. 物理块分配算法 在采用固定分配策略时，如何将系统中可供分配的所有 物理块分配给各个进程，可采用下述几种算法： (1) 平均分配算法，即将系统中所有可供分配的物理块 平均分配给各个进程。 (2) 按比例分配算法，即根据进程的大小按比例分配物 理块。如果系统中共有n个进程，每个进程的页面数为Si， 则系统中各进程页面数的总和为：
pp9t课件
第五章 虚 拟 存 储 器
2. 请求分段系统 1) 硬件支持 主要的硬件支持有： (1) 请求分段的段表机制。 (2) 缺页中断机构。 (3) 地址变换机构。 2) 软件支持

操作系统第5章(存储器管理习题与解答)

第5章存储器管理习题与解答5.2 例题解析例5.2.1 为什么要引入逻辑地址？解引入逻辑地址有如下原因：(1) 物理地址的程序只有装入程序所规定的内存空间上才能正确执行，如果程序所规定内存空间不空闲或不存在，程序都无法执行；(2) 使用物理地址编程意味着由程序员分配内存空间，这在多道程序系统中，势必造成程序所占内存空间的相互冲突；(3) 在多道程序系统中，程序员门无法事先协商每个程序所应占的内存空间的位置，系统也无法保证程序执行时，它所需的内存空间都空闲。

(4) 基于上述原因，必须引入一个统一的、在编程时使用的地址，它能够在程序执行时根据所分配的内存空间将其转换为对应的物理地址，这个地址就是逻辑地址。

(5) 逻辑地址的引入为内存的共享、保护和扩充提供方便。

例5.2.2 静态重定位的特点有哪些？(1) 实现容易，无需增加硬件地址变换机构；(2) 一般要求为每个程序分配一个连续的存储区；(3) 在重定位过程中，装入内存的代码发生了改变；(4) 在程序执行期间不在发生地址的变换；(5) 在程序执行期间不能移动，且难以做到程序和数据的共享，其内存利用率低。

例5.2.3 动态重定位的特点有哪些？(1) 动态重定位的实现要依靠硬件地址变换机构，且存储管理的软件算法比较复杂；(2) 程序代码是按原样装入内存的，在重定位的过程中也不发生变化，重定位产生的物理地址存放在内存地址寄存器中，因此不会改变代码；(3) 同一代码中的同一逻辑地址，每执行一次都需要重位一次；(4) 只要改变基地址，就可以很容易地实现代码在内存中的移动；(5) 动态重定位可以将程序分配到不连续的存储区中；(6) 实现虚拟存储器需要动态重定位技术的支持；尽管动态重定位需要硬件支持，但他支持程序浮动，便于利用零散的内存空间，利于实现信息共享和虚拟存储，所以现代计算机大都采用动态重定位。

例5.2.4 装入时动态链接的优点有哪些？（1）便于软件版本的修改和更新在采用装入时动态链接方式时，要修改或更新各个目标模块，是件非常容易的事，但对于经静态链接以装配在一起的装入模块，如果要修改或更新其中的某个目标模块时，则要求重新打开装入模块，这不仅是低效的，而且对于普通用户是不可能的。

现代操作系统课件-第五章 虚拟存储器


2023年11月2日星期四
Page 17
程序请求访问一页 缺页中断处理 保留CPU现场
从外存中找到缺页
开始
页号＞页表长 度? 否
CPU检索快表
是 越界中断
请 求 分
内存满否？ 否
是 选择一页换出
页表项在快表中？ 是
否 访问页表
页
中 的 地
否 该页被修改否？
是 将该页写回外存
❖运行速度接近于内存速度 ❖而每位的成本却又接近于外存
Operating System
2023年11月2日星期四
Page 7
虚拟存储器的基本概念
虚拟存储器的引入 虚拟存储器的实现方法 虚拟存储器的特征
Operating System
2023年11月2日星期四
Page 8
虚拟存储器的实现方法
适用的策略 ➢ 固定分配局部置换(Fixed Allocation, Local Replacement) ➢ 可变分配全局置换(Variable Allocation, Global Replacement) ➢ 可变分配局部置换(Variable Allocation, Local Replacemen
第五章 虚拟存储器
虚拟存储器的基本概念
请求分页存储管理方式 页面置换算法 请求分段存储管理方式
Operating System
2023年11月2日星期四
Page 1
虚拟存储器的基本概念
虚拟存储器的引入 虚拟存储器的实现方法 虚拟存储器的特征
Operating System
2023年11月2日星期四
❖ 每当发生缺页请求时，系统应从何处将缺页调入内存， 可分成如下三种情况
➢ 系统拥有足够的对换区空间，全部从对换区调入 ➢ 对换区空间不足，这时凡是不会被修改的文件，都直接从文

第5章计算机操作系统答案 存储管理

第五章存储管理一、选择题：1.将作业地址空间中的逻辑地址转换为内存中的物理地址的过程称为（）。

A.重定位B.逻辑变换C.地址交换D.进程创建2.虚存的基础是（）。

A.局部性理论B.程序执行时对内存访问不均匀C.指令局部性D.变量的连续访问3.实现虚拟存储器的目的是（）。

A.实现存储保护B.实现信息共享C.扩充辅存容量D.扩充主存容量4.在地址映射方式中，静态重定位具有的特点是（）。

A.可以把一个作业分配在一个不连续的存储区域中B.可以实现不同作业主存信息的共享C.要求把一个作业分配在一个连续的存储区域中D.很容易实现主存的扩充5.在地址映射方式中，动态重定位具有的特点是（）。

A.很难实现主存的扩充,可采用覆盖技术来实现B.地址在执行过程中是可以改变的C.很难实现不同作业主存信息的共享D.非常简单，任何计算机，任何操作系统都可以实现6.可重定位内存分区分配目的为（）。

A.解决碎片问题B.便于多作业共享内存C.回收空白区方便D.摆脱用户干预7.实现虚存最主要的技术是（）。

A.整体覆盖B.整体对换C.部分对换D.多道程序设计8.动态重定位是在作业的（）中进行的。

A.编译过程B.装入过程C.修改过程D.执行过程9.在下面关于虚拟存储器的叙述中，正确的是（）。

A.要求程序运行前必须全部装入内存且在运行过程中一直驻留在内存B.要求程序运行前不必全部装入内存且在运行过程中不必一直驻留在内存C.要求程序运行前不必全部装入内存且在运行过程中必须一直驻留在内存D.要求程序运行前必须全部装入内存且在运行过程中不必一直驻留在内存10.虚存的可行性的基础是（）A.程序执行的离散性B.程序执行的顺序性C.程序执行的局部性D.程序执行的并发性11.在存储管理中，采用覆盖与交换技术的目的是（）。

A.减少程序占用的主存空间B.物理上扩充主存容量C.提高CPU效率D.代码在主存中共享12在内存分配的“最佳适应法”中，空闲块是按（）。

汤子瀛《计算机操作系统》(第4版)章节题库-虚拟存储器(圣才出品)

第5章虚拟存储器一、选择题1．现代操作系统中，提高内存利用率主要是通过（）功能实现的。

A．对换B．内存保护C．地址映射D．虚拟存储器【答案】D【解析】虚拟存储器的对换性。

与常规存储管理的“驻留性”相反，在作业运行期间，虚拟存储器允许将那些暂不使用的程序或数据从内存调至对换区，待以后需要时再调入内存，从而有效地提高内存利用率。

2．从下列关于非虚拟存储器的论述中，选出一条正确的论述。

（）A．要求作业在运行前，必须全部装入内存，且在运行过程中也必须一直驻留内存B．要求作业在运行前，不必全部装入内存，且在运行过程中不必一直驻留内存C．要求作业在运行前，不必全部装入内存，但在运行过程中必须一直驻留内存D．要求作业在运行前，必须全部装入内存，但在运行过程中不必一直驻留内存【答案】A【解析】存储管理方式统称为常规存储管理方式，且具有以下两个共同的特征：（1）一次性。

作业在运行前必须一次性地全部装入内存后方能开始运行。

（2）驻留性。

作业装入内存后，便一直驻留在内存中，直至作业运行结束。

3．虚拟存储器最基本的特征是（1）；该特征主要是基于（2）；实现虚拟存储器最关键的技术是（3）。

（1）A．一次性B．多次性C．交换性D．离散性E．驻留性（2）A．计算机的高速性B．大容量的内存C．大容量的硬盘D．循环性原理E．局部性原理（3）A．内存分配B．置换算法C．请求调页（段）D．对换空间管理【答案】B；B；C【解析】多次性是虚拟存储器最重要的特征。

虚拟存储器将一个作业分成多次调入内存，基于局部性原理，较大容量的内存可同时装入更多的进程使它们并发执行。

实现虚拟存储器的关键是请求调页（段）技术和页（段）置换技术。

4．虚拟存储器管理系统的基础是程序的局部性理论。

此理论的基本含义是（1）。

局部性有两种表现形式，时间局部性和（2），它们的意义分别是（3）和（4）。

根据局部性理论，Denning提出了（5）。

（1）A．代码的顺序执行B．程序执行时对主存的访问是不均匀的C．数据的局部性D．变量的连续访问E．指令的局部性F．空间的局部性（2）A．代码的顺序执行B．程序执行时对主存的访问是不均匀的C．数据的局部性D．变量的连续访问E．指令的局部性F．空间的局部性（3）A．最近被访问的单元，很可能在不久的将来还要被访问B．最近被访问的单元，很可能它附近的单元也即将被访问C．结构化程序设计，很少出现转移语句D．程序中循环语句的执行时间一般很长E．程序中使用的数据局部于各子程序（4）A．最近被访问的单元，很可能在不久的将来还要被访问B．最近被访问的单元，很可能它附近的单元也即将被访问C．结构化程序设计，很少出现转移语句D．程序中循环语句的执行时间一般很长E．程序中使用的数据局部于各子程序（5）A．chache结构的思想B．先进先出（FIFO）页面置换算法C．工作集理论D．最近最久未用（LRU）页面置换算法【答案】B；F；A；B；C【解析】局部性理论：（1）时间局部性。

操作系统题目5章

第五章虚拟存储器1、在请求分页管理中，在页表中增加了若干项，其中状态位供（）时参考，修改位供（）时参考，访问字段供（）时参考，外存地址供（）时参考。

A、分配页面B、置换算法C、程序访问D、换出页面E、调入页面2、请求页式管理中，缺页中断率与进程所得的内存页面数（）和（）等因素有关。

A、页表的位置B、置换算法C、页面大小D、进程调度算法3、请求分页管理中，页面的大小与可能产生的缺页中断次数（）。

A、成正比B、成反比C、无关D、成固定比值4、下列说法正确的是（）。

A、在请求段页式系统中，以页为单位管理用户的虚拟空间，以段为单位管理内存空间B、在请求段页式系统中，以段为单位管理用户的虚拟空间，以页为单位管理内存空间C、为提高请求分页系统中内存的利用率，允许用户使用不同大小的页面D、在虚拟存储器中，为了能让更多的作业同时运行，通常只应装入10%的作业后便启动运行5、在下面的存储管理方案中，可以使用上下界地址寄存器实现存储保护的是（）和（）。

A、固定分区存储分配B、可变分区存储分配C、页式存储分配D、段式存储分配6、（2011年计算机联考真题）在缺页处理过程中，操作系统执行的操作可能是（）。

Ⅰ、修改页表Ⅱ、磁盘I/O Ⅲ、分配页框A、仅Ⅰ、ⅡB、仅ⅡC、仅ⅢD、Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ7、（2011年计算机联考真题）当系统发生抖动（Thrashing）时，可用采取的有效措施是（）。

Ⅰ、撤销部分进程Ⅱ、增加磁盘交换区的容量Ⅲ、提高用户进程的优先级A、仅ⅠB、仅ⅡC、仅ⅢD、仅Ⅰ、Ⅱ8、（2012年计算机联考真题）下列关于虚拟存储器的叙述中，正确的是（）。

A、虚拟存储只能基于连续分配技术B、虚拟存储只能基于非连续分配技术C、虚拟存储容量只受外存容量的限制D、虚拟储存容量只受内存容量的限制9、（2013年计算机联考真题）若用户进程访问内存时产生缺页，则下列选项中，操作系统可能执行的操作是（）。

Ⅰ、处理越界错Ⅱ、置换页Ⅲ、分配内存A、仅Ⅰ、ⅡB、仅Ⅱ、ⅢC、仅Ⅰ、ⅢD、Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ10、（2014年计算机联考真题）下列措施中，能加快虚实地址转换的是（）。

操作系统原理第5章

24
第5章 存储管理
• 第二机会算法——Second-Chance Algorithm
分区的分配与回收
1. 固定分区的分配与回收 2. 动态分区的分配与回收 存储分配算法
首次适应算法——first fit algorithm 最佳适应算法——best fit algorithm 最差适应算法——worst fit algorithm 循环首次适应算法——Circular first fit algorithm 3. 动态分区的回收与拼接 4. 几种分配算法的比较
111100033333222
****
******
缺页率=12/17=70.6%
**
• Four Page Frames
70120304230321201
77777333333333222
0000004444444444
111111110000000
22222222221111
****
*
*
*
**
缺页率=9/17=52.9%
(NUR——Not Used Recently或者NRU——Not Recently Used)
引用位(1bit)
附加位(8bit)
若某页的移位寄存器的值为00000000，则该页在8个时间间 隔内没有被使用过。若某页的移位寄存器的值为11111111，则 该页在每个时间间隔内至少使用过1次。
若页A的移位寄存器的值为11000100，页B的移位寄存器的 值为01110111，则淘汰页B。
22
第5章 存储管理
First–In–First–Out (FIFO) Algorithm
• Three Page Frames
123412512345
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该页被修改否？ 是 将该页写回外存
页在内存？ 是 修改快表
OS命令CPU从外存读缺页
修改访问位和修改位 形成物理地址 地址变换结束
启动I/O硬件 将一页从外存换入内存
修改页表
6.2 请求分页存储管理方式
三、内存分配
1. 最小物理块数
是指能保证进程正常运行所需的最小物理块数。 当系统为进程分配的物理块数少于此值时，进程将 无法运行。
For(j=0;j<=99;j++) A[i][j]=0 ;
程序B： For(j=0;j<=99;j++)
For(i=0;i<=99;i++) A[i][j]=0 ;
分别就程序A和B的执行过程计算缺页次数。
6.3 页面置换算法
答：程序A的执行过程中发生50次缺页；
程序B的执行过程中发生50*100次缺页；
6.3 页面置换算法
例3：考虑一仅460个字节的程序的下述内存访问 序列(该序列的下标均从0开始)：10，11，104， 170，73，309，185，245，246，434，458，364。 且页面大小为100字节，则： 1.写出页面的访问序列。 2.假设内存中仅有200字节可供程序使用且 采用FIFO算法，那么共发生多少次缺页中断？
第六章 虚拟存储器
6.1 虚拟存储器的基本概念 6.2 请求分页存储管理方式
6.3 页面置换算法
6.1 虚拟存储器的基本概念
一、引入
1．有的作业很大，其所要求的内存空间超过了内存
总容量，不能全部被装入。 2．有大量作业要求运行，但内存容量不足以容纳所 有作业。 解决上述问题，两种方法：
一是在物理上增加内存容量；
6.1 虚拟存储器的基本概念
四、虚拟存储器的特征
1.离散性
2.多次性
3.对换性
基础上 又形成了多次性和对换性的特征。其表现出来的最重要 特征是虚拟性。
6.1 虚拟存储器的基本概念
五、虚拟存储器的实现方式
1.分页请求系统
2.请求分段系统
6.2 请求分页存储管理方式

采用FIFO算法产生的缺页中断为6次。
6.3 页面置换算法
答： 3.采用LRU算法的情况如下：
0 块号0 块号1 淘汰页号 缺页中断 0 0 0 1 1 0 1 1 0 0 0 1 3 3 0 1 1 1 3 0 2 2 1 3 2 2 1 4 4 2 1 4 4 2 3 3 4 2
采用LRU算法产生的缺页中断为7次。
6.3 页面置换算法
例4：int A[100][100]；按先行后列次序存储。 在一个虚存系统中，采用LRU淘汰算法。一个进 程有3页内存空间，每页可以存放200个整数。其 中第一页存放程序，且假定程序已经在内存。 程序A： For(i=0;i<=99;i++)
2.以特殊的栈组织内存中的页面： 进程访问某页面时,将该页面的页面号 从栈中移出,压入栈顶,栈底则是最近最久未 使用页面；
链头
单链表中删除 插入链 尾
6.3 页面置换算法
二、最近最久未使用(LRU)页面置换算法
即:访问页面
页面在内存:
将该页面从单链表中删除,插入链尾;
页面不在内存:
请求调入,调入时:
1.选择最先进入内存的页换出。即选择在内 存中驻留时间最久的页面予以淘汰。
2.以队列组织内存中的页面： 页面进入内存时，若有可用空间，则页 面调入内存，在队尾进行排队； 若无可用空间，则应“选择一个页面换出” --应将队头元素换出；
6.3 页面置换算法
二、最近最久未使用(LRU)页面置换算法
1.选择离当前时间最久未使用的页面淘汰。
6.2 请求分页存储管理方式
程序请求访问一页
二、地址变换机构
开始 页号＞页表长度? 否 是 越界中断
缺页中断处理 保留CPU现场
从外存中找到缺页
CPU检索快表 否 是
请 求 分 页 中 的 地 址 变 换 过 程 图
内存满否？ 是 选择一页换出 否
页表项在快表中？ 否 访问页表 产生缺页中 断请求调页
二是从逻辑上增加内存容量。 ——这就是虚拟存储技术要解决的问题。
6.1 虚拟存储器的基本概念
二、虚拟存储器的基本思想
虚拟存储器管理通过把主、辅存统一起来管理， 使用户看到的内存容量远大于实际的内存容量。 在页式、段式或段页式存储管理的基础上，仅把
作业的一部分页或段放在内存中。页表项或段表项中 注明对应的页或段是在主存还是在辅存，程序执行时， 当访问的页或段不在主存时，根据页表项或段表项的 指引，从辅存将其调入主存，如果这时已无可用的物 理空间，则从主存淘汰若干页或段。
答:物理块数为3：FIFO：缺页次数为9；LRU：缺页次数为10 物理块数为4：FIFO：缺页次数为10；LRU：缺页次数为8 结果说明：1. FIFO可能发生Belady现象（存储块增大， 缺页率反而增大）； 2．LRU并不总优于FIFO算法。
6.3 页面置换算法
例2：在一个请求分页系统中，假如一个作业的 页面走向为4 3 2 1 4 3 5 4 3 2 1 5,计算当分配给该作业的物理块数分别为3和4时， 使用FIFO和LRU页面置换算法的缺页次数。结果 说明什么？
2. 物理块的分配策略
1) 固定分配局部置换 2) 可变分配全局置换 3) 可变分配局部置换
三、内存分配
3. 物理块分配算法 1) 平均分配算法
这是将系统中所有可供分配的物理块，平均 分配给各个进程。
2) 按比例分配算法
这是根据进程的大小按比例分配物理块的算法。
3) 考虑优先权的分配算法
6.3 页面置换算法
页面置换算法：选择换出页面的算法；
抖动：如果页面置换算法选择不当，一个进程
在运行中，将把大部分时间花费在完成页面置换 的工作上。我们称该进程发生了抖动(thrashing)；
一个好的页面置换算法，应具有较低的页面更
换频率。理论上讲，应将那些以后不再会访问的 页面换出。
6.3 页面置换算法
一、FIFO页面置换算法
答:FIFO算法，M=3时，缺页次数=9；M=4时，缺页次数=10； LRU算法，M=3时，缺页次数=10；M=4时，缺页次数=8； 说明：
1、FIFO有Belady奇异现象，即不满足存储块增大，缺页 次数减小的规律； 2、m=3时，LRU的缺页次数比FIFO多，所以LRU算法并不 总优于FIFO,还要看当前访问串的特点。
一、页表机制
页号 物理块号 状态位P 访问字段A 修改位M 外存地址
状态位P：表示对应的页当前是否在主存中,如果状
态位为1，表示该页在主存中；
访问字段A：用于记录本页在一段时间内被访问的次
数，或最近已有多长时间未被访问，提供给置换算法 选择换出页面时参考；
修改位M：表示该页在调入内存是否被修改过。
3.假设内存中仅有200字节可供程序使用且 采用LRU算法，则又会发生多少次缺页中断？
6.3 页面置换算法
答： 1.页面访问顺序（页面踪迹）如下：
10 0 11 0
104 170 73 309 185 245 246 434 458 364
1
1
0
3
1
2
2
4
4
3
2.采用FIFO算法的情况如下：
块号0 块号1 淘汰页号 缺页中断 0 0 0 0 1 1 0 1 1 0 0 1 0 3 3 1 0 1 3 1 2 2 3 1 2 2 3 4 4 2 3 4 4 2 3 3 4 2
内存有可用空间:插入链尾 内存无可用空间: 删除链头元素， 将该页插入链尾
6.3 页面置换算法
例1：在一个请求分页系统中，假如一个作业的 页面走向为1 2 3 4 1 2 5 1 2 3 4 5 ,计算当分配给该作业的物理块数分别为3和4 时，使用FIFO和LRU页面置换算法的缺页次数和 缺页率。结果说明什么？