虚拟存储器原理

页式虚拟存储器的工作原理页式虚拟存储器是一种通过将磁盘空间作为内存的扩展来增加计算机可用内存的技术。

它允许计算机运行比物理内存更大的程序，并且可以在需要时将数据从磁盘移动到内存中。

在本文中，我们将探讨页式虚拟存储器的工作原理和实现方式。

一、页式虚拟存储器的概念页式虚拟存储器是指一种采用分页技术管理内存和磁盘的技术。

它分为内存页和磁盘页两部分，内存页是为了进程运行而存在的，磁盘页是为了在内存不够的时候将其置换到磁盘上而存在的。

当程序需要访问某一部分数据的时候，CPU会根据页表将数据从磁盘移动到内存中，然后再访问内存中的数据。

这种技术可以有效地增加计算机的可用内存，并且可以提高程序的运行效率。

二、页式虚拟存储器的工作原理1.内存页和磁盘页内存页是虚拟存储器中的一个概念，它用来表示物理内存中的一个固定大小的数据块。

通常情况下，内存页的大小是2的幂次方，比如4KB或者8KB。

磁盘页是虚拟存储器中的另一个概念，它用来表示在磁盘上的一个固定大小的数据块，通常情况下，磁盘页的大小和内存页的大小相同。

2.页表页表是虚拟存储器的核心数据结构，它用来将虚拟地址映射到物理地址。

当程序运行时，CPU会根据虚拟地址访问内存中的数据，而页表会将虚拟地址转换成物理地址。

如果所需的数据不在内存中，CPU会引发一个缺页中断，操作系统会根据页表将数据从磁盘移动到内存中，然后再由CPU访问内存中的数据。

3.页式置换算法页式虚拟存储器采用了页式置换算法来管理内存和磁盘之间的数据移动。

当内存不够时，操作系统会根据一定的置换算法将内存中的某些数据移到磁盘上，从而给新的数据腾出空间。

常用的页式置换算法包括最近最少使用（LRU）、先进先出（FIFO）、时钟置换算法等。

4.缺页中断处理当程序需要访问内存中的数据但是数据不在内存中时，CPU会引发一个缺页中断，操作系统会根据页表将数据从磁盘移动到内存中。

这是页式虚拟存储器的核心操作之一，它保证了程序在内存不够的情况下也能正常运行。

第三章习题（1）复习题1．计算机由哪几部分组成，其中哪些部分组成了中央处理器？答：计算机硬件系统主要由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备等五部分组成其中，运算器和控制器组成中央处理器（CPU）。

（P69）2．试简述计算机多级存储系统的组成及其优点？答：多级存储系统主要包括：高速缓存、主存储器和辅助存储器。

把存储器分为几个层次主要基于下述原因：（1）合理解决速度与成本的矛盾，以得到较高的性能价格比。

（2）使用磁盘、磁带等作为外存，不仅价格便宜，可以把存储容量做得很大，而且在断电时它所存放的信息也不丢失，可以长久保存，且复制、携带都很方便。

(P74-P75)3．简述Cache的工作原理，说明其作用。

答：Cache的工作原理是基于程序访问的局部性的。

即主存中存储的程序和数据并不是CPU 每时每刻都在访问的，在一段时间内，CPU只访问其一个局部。

这样只要CPU当前访问部分的速度能够与CPU匹配即可，并不需要整个主存的速度都很高。

Cache与虚拟存储器的基本原理相同，都是把信息分成基本的块并通过一定的替换策略，以块为单位，由低一级存储器调入高一级存储器，供CPU使用。

但是，虚拟存储器的替换策略主要由软件实现，而Cache的控制与管理全部由硬件实现。

因此Cache效率高并且其存在和操作对程序员和系统程序员透明，而虚拟存储器中，页面管理虽然对用户透明，但对程序员不透明；段管理对用户可透明也可不透明。

Cache的主要作用是解决了存储器速度与CPU速度不匹配的问题，提高了整个计算机系统的性能。

(P77) 4．描述摩尔定律的内容，并说明其对于计算机的发展具有怎样的指导意义？答：摩尔定律（Moore law）源于1965年戈登·摩尔（GordonMoore，时任英特尔(Intel)公司名誉董事长）的一份关于计算机存储器发展趋势的报告。

根据他对当时掌握的数据资料的整理和分析研究，发现了一个重要的趋势：每一代新芯片大体上包含其前一代产品两倍的容量，新一代芯片的产生是在前一代产生后的18-24个月内。

1、操作系统的分类依照操作系统提供的效劳，大致能够把操作系统分为有单道和多道之分的批处置系统，有同时性和独立性的分时系统，有严格时刻规定的实时系统，可实现资源共享的网络系统，可和谐多个运算机以完成一个一起任务的散布式系统。

咱们使有的windows是网络式系统。

2、操作系统的结构操作系统具有层次结构……层次结构最大特点是整体问题局部化来优化系统，提高系统的正确性、高效性使系统可保护、可移植。

要紧优势是有利于系统设计和调试；要紧困难在于层次的划分和安排。

3、操作系统与用户（1）作业执行步骤操作系统提供给用户表示作业执行步骤的手腕有两种：作业操纵语言和操作操纵命令。

作业操纵语言形成批处置作业。

操作操纵命令进行交互处置。

（2）系统挪用操作系统提供的系统挪用要紧有：文件操作类，资源申请类，操纵类，信息保护类系统挪用往往在管态下执行。

当操作系统完成了用户请求的“系统挪用”功能后，应使中央处置器从管态转换到目态工作。

4、移动技术移动技术是把某个作业移到另一处主存空间去（在磁盘整理中咱们应用的也是类似的移动技术）。

最大益处是能够归并一些空闲区。

处置器治理一、多道程序设计系统“多道程序设计系统” 简称“多道系统”，即多个作业可同时装入主存储器进行运行的系统。

在多道系统中一点必需的是系统须能进行程序浮动。

所谓程序浮动是指程序能够随机地从主存的一个区域移动到另一个区域，程序被移动后仍不阻碍它的执行。

多道系统的益处在于提高了处置器的利用率；充分利用外围设备资源；发挥了处置器与外围设备和外围设备之间的并行工作能力。

能够有效地提高系统中资源的利用率，增加单位时刻内的算题量，从而提高了吞吐率。

（关键词：处置器，外围设备，资源利用率，单位算题量，吞吐率），但要注意对每一个计算问题来讲所需要的时刻可能延长，另外由于系统的资源有限，会产生饱和，因此并行工作道数与系统效率不成正比。

二、进程1、概念进程是一个程序在一个数据集上的一次执行。

中国石油大学(北京)学生期末考试复习题答案一、概念或解释题1、计算机系统的层次结构包含哪几部分微程序级，一般机器级，操作系统级，汇编语言级，高级语言级，共分为5级。

2、指令周期CPU从内存取出一条指令并执行完这条指令所需的时间总和，它包括若干各机器周期（CPU周期）不等。

3、存储器的刷新有几种方式集中式，分散式，异步式。

4、cache高速缓冲存储器。

5、计算机的硬件有哪些部件组成计算机的硬件主要由运算器、控制器、主存储器、输入设备、输出设备等五大部分以及总线和输入输出接口组成。

6、指令格式包含哪两部分包含操作码和地址码两部分，操作码表示操作的性质，地址码表示操作数的地址。

7、堆栈堆栈是一种数据结构，用来暂存各种信息，堆栈中的信息具有“后进先出”的特点。

8、DMA有哪三种工作方式CPU暂停访问内存，周期挪用，CPU与DMA 控制器交替访问内存。

9、冯·诺依曼计算机的主要思想是什么冯·诺依曼结构是将计算机硬件分为运算器、控制器、主存储器、输入设备和输出设备五大部分。

具有的以下的主要特点：（1）“存储程序控制”是其主要特点；（2）程序和数据都是用二进制来表示，机内进行的是二进制数的运算和存储；（3）程序由指令序列构成；（4）机器以运算器为中心，输入的信息在控制器控制下才能写入主存储器，输出的信息也只有在控制器控制下才能从主存储器中取出送至相应的输出设备。

10、主存储器性能的主要参数有哪些主存储器性能的主要参数包括存储容量、存储速度（包括带宽、存取时间、存储周期等）。

11、指令寄存器IR功能指令寄存器用来存放从存储器中取出的正要执行的指令。

12、指令译码器的功能将指令寄存器中的操作码部分进行译码，从而识别该指令。

13、微程序微程序对应一条机器指令，是由一系列微指令构成的，它是制造机器时事先由程序员根据需要编制的。

14、DMA直接存储器访问，在外设和存储器间直接进行数据传送。

15、计算机系统的主要技术指标有哪些计算机系统的主要技术指标包含机器字长、运算速度（主频、总线宽度、吞吐量等）、存储器容量。

虚拟机存储原理介绍虚拟化技术的发展使得虚拟机成为现代计算环境中重要的组成部分，而虚拟机存储作为其中一个关键的组件，起到了存储和管理虚拟机的重要作用。

本文将深入探讨虚拟机存储的原理，并介绍其在虚拟化环境中的应用。

虚拟机存储的概念虚拟机存储是指用于存储虚拟机镜像、虚拟磁盘和快照等数据的存储系统。

虚拟机存储解决了虚拟机的数据管理和存储效率的问题，提供了一种灵活、可扩展和高性能的存储解决方案。

虚拟机存储的组成虚拟机存储由多个组件组成，包括虚拟机镜像、虚拟磁盘、存储管理器和存储协议等。

1. 虚拟机镜像虚拟机镜像是虚拟机的文件系统映像，包含了操作系统、应用程序和数据等内容。

虚拟机镜像可以保存在本地存储、网络存储或云存储中，通过存储管理器进行管理和访问。

2. 虚拟磁盘虚拟磁盘是虚拟机的存储设备，用于存储虚拟机的数据。

虚拟磁盘可以是文件系统镜像文件，也可以是直接分配的物理磁盘。

虚拟磁盘的访问和管理由虚拟机监控程序（VMM）或虚拟化管理软件负责。

3. 存储管理器存储管理器是虚拟机存储的管理和调度组件，负责虚拟机存储的创建、删除、扩容和快照等操作。

存储管理器还提供了虚拟机存储的管理界面和API，方便管理员对虚拟机存储进行管理。

4. 存储协议存储协议是虚拟机存储的通信协议，用于虚拟机存储与存储设备之间的数据传输。

常见的存储协议包括iSCSI、Fibre Channel和NFS等。

存储协议的选择会影响虚拟机存储的性能和可靠性。

虚拟机存储的原理虚拟机存储的原理涉及到虚拟化技术和存储技术的结合，主要包括虚拟机存储的抽象、资源的分配和性能的优化等方面。

1. 虚拟机存储的抽象虚拟机存储通过对物理存储资源的抽象，将其划分为逻辑存储资源，为虚拟机提供了一种与物理存储解耦的方式。

这种抽象使得虚拟机可以独立于物理存储进行管理和迁移，提高了虚拟机的灵活性和可管理性。

2. 虚拟机存储资源的分配虚拟机存储需要对存储资源进行合理的分配，以满足虚拟机的存储需求。

虚拟存储器原理1. 概述虚拟存储器是一种操作系统提供的抽象概念，它将计算机的物理内存和磁盘空间结合起来，为应用程序提供了一个比实际物理内存更大的地址空间。

虚拟存储器的基本原理是通过将部分数据从内存转移到磁盘上，实现了对物理内存的扩展，并能够在需要时将数据重新调入内存。

虚拟存储器的出现解决了两个主要问题：一是应用程序通常需要比物理内存更大的地址空间，而物理内存受限；二是为了提高系统性能，操作系统可以将不常用的数据置换到磁盘上，以便为常用数据腾出更多的内存空间。

2. 分页机制虚拟存储器使用了分页机制来管理内存和磁盘空间。

在分页机制下，应用程序被划分为大小固定的页面（Page），同样大小的物理内存也被划分为页框（Page Frame）。

每个页面都有一个唯一的标识符，称为页号（Page Number），而每个页框也有一个唯一的标识符，称为页框号（Frame Number）。

当应用程序访问某个页面时，操作系统会通过页表（Page Table）将该页面映射到一个物理地址。

页表是一个数据结构，记录了每个页面对应的物理地址或磁盘上的位置。

当应用程序需要访问某个页面时，操作系统首先查找页表，如果该页面已经在物理内存中，则直接将对应的物理地址返回给应用程序；如果该页面不在物理内存中，则操作系统会将其从磁盘上调入内存，并更新页表。

分页机制的优点是简单、灵活且高效。

它可以将内存和磁盘空间划分为固定大小的块，从而方便管理和调度。

同时，由于每个页面的大小相同，使得操作系统可以更加高效地进行内存分配和回收。

3. 页面置换算法虚拟存储器中最重要的问题之一是如何选择哪些数据被置换到磁盘上。

一般来说，操作系统会根据一定的策略选择最适合置换的页面。

常见的页面置换算法有以下几种：3.1 先进先出（FIFO）先进先出算法是最简单和最直观的置换算法之一。

它按照页面进入内存的顺序进行置换，即最早进入内存的页面被置换出去。

这种算法的缺点是没有考虑页面的访问频率，可能会导致常用的页面被频繁置换出去。

页式虚拟存储器的工作原理页式虚拟存储器是计算机系统中用于管理虚拟内存的一种技术。

它通过将物理内存和磁盘空间结合起来，使得计算机能够有效地处理比实际内存容量更大的程序。

在本文中，将深入探讨页式虚拟存储器的工作原理，包括虚拟内存、物理内存、页面置换算法等相关概念，以及页式虚拟存储器的工作流程和优缺点。

一、虚拟内存的概念虚拟内存是一种计算机系统中的重要技术，它使得计算机能够同时运行多个程序，并且能够处理比实际物理内存更大的程序。

虚拟内存利用辅助存储设备（如硬盘）来扩展计算机的物理内存。

这样，程序可以运行，而不必全部载入内存中。

虚拟内存的有效性主要体现在以下几个方面：1.提高内存利用率。

虚拟内存使得计算机能够运行更多的程序，同时不会受到物理内存大小的限制。

2.提高系统的性能。

虚拟内存能够减少因内存不足而产生的页面置换，从而提高系统的性能。

3.保护程序。

虚拟内存可以有效地保护程序的数据，在内存中分配给每个程序的地址是单独的，避免了程序之间的干扰。

二、页式虚拟存储器的概念页式虚拟存储器是一种虚拟内存管理技术，通过将程序的虚拟地址空间和物理内存空间分割成固定大小的页面，来管理虚拟内存。

页式虚拟存储器的主要特点是页的大小固定，并且虚拟地址空间和物理地址空间都被分割成块状的页面。

在页式虚拟存储器中，每个页面都有一个对应的页面表项，用于记录页面在物理内存中的位置。

在页式虚拟存储器中，程序只能在物理内存中保持活动状态的页面，当程序访问的页面不在物理内存中时，系统会将相应的页面从辅助存储设备（如硬盘）中加载到物理内存中。

这种分页式管理方式，使得虚拟内存的管理更加灵活，能够有效地管理大容量的虚拟内存空间。

三、物理内存和虚拟内存的映射在页式虚拟存储器中，虚拟内存和物理内存之间存在映射关系，即虚拟地址空间中的页面被映射到物理内存中的页面。

这种映射关系是通过页表来实现的。

页表是一个用于记录虚拟地址空间和物理地址空间映射关系的数据结构。

操作系统原理第五章存储管理习题5.3 习题5.3.1选择最合适的答案1．分页存储管理的存储保护是通过( )完成的.A.页表（页表寄存器）B.快表C.存储键D.索引动态重定2．把作业地址空间中使⽤的逻辑地址变成内存中物理地址称为（）。

A、加载B、重定位C、物理化D、逻辑化3．在可变分区存储管理中的紧凑技术可以（）。

A.集中空闲区B.增加主存容量C.缩短访问时间D.加速地址转换4．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5．存储管理⽅法中，( )中⽤户可采⽤覆盖技术。

A．单⼀连续区 B. 可变分区存储管理C．段式存储管理 D. 段页式存储管理6．把逻辑地址转换成物理地址称为（）。

A.地址分配B.地址映射C.地址保护D.地址越界7．在内存分配的“最佳适应法”中，空闲块是按（）。

A.始地址从⼩到⼤排序B.始地址从⼤到⼩排序C.块的⼤⼩从⼩到⼤排序D.块的⼤⼩从⼤到⼩排序8．下⾯最有可能使得⾼地址空间成为⼤的空闲区的分配算法是（）。

A.⾸次适应法B.最佳适应法C.最坏适应法D.循环⾸次适应法9．硬盘容量1G，内存容量为1024k，那么虚拟存储器最⼤实际容量可能是( ) 。

A.1024KB.1024MC.10GD.10G+1M10．⽤空⽩链记录内存空⽩块的主要缺点是（）。

A.链指针占⽤了⼤量的空间B.分配空间时可能需要⼀定的拉链时间C.不好实现“⾸次适应法”D.不好实现“最佳适应法”11．⼀般⽽⾔计算机中（）容量(个数)最多.A.ROMB.RAMC.CPUD.虚拟存储器12．分区管理和分页管理的主要区别是（）。

A.分区管理中的块⽐分页管理中的页要⼩B.分页管理有地址映射⽽分区管理没有C.分页管理有存储保护⽽分区管理没有D.分区管理要求⼀道程序存放在连续的空间内⽽分页管理没有这种要求。

13．静态重定位的时机是（）。

A.程序编译时B.程序链接时C.程序装⼊时D.程序运⾏时14．通常所说的“存储保护”的基本含义是（）A.防⽌存储器硬件受损B.防⽌程序在内存丢失C.防⽌程序间相互越界访问D.防⽌程序被⼈偷看15．能够装⼊内存任何位置的代码程序必须是( )。

虚拟存储器的原理
虚拟存储器是一种计算机存储管理技术，其原理如下：
1. 虚拟存储器将计算机的内存空间划分为一定大小的页（Page）或块（Block），每页或块的大小一般为几 KB 或几 MB。

2. 当程序运行时，虚拟存储器会将程序的部分或全部代码和数据加载到内存中，以便 CPU 可以访问。

3. 虚拟存储器会将当前正在使用的页或块保存在内存中，将不常用的页或块保存在磁盘上，利用磁盘空间和内存空间的交换实现内存管理。

4. 当 CPU 需要访问一个不存在于内存的页或块时，虚拟存储器会将其从磁盘中读取到内存中，并将不常用的页或块写回磁盘。

5. 虚拟存储器的作用是扩大内存空间，使得能够同时运行较大的程序，提高了系统的运行效率。

总之，虚拟存储器通过将磁盘空间作为扩展内存来提高计算机的处理能力和效率，同时也可以优化了系统对内存的管理和利用。