第9章虚拟存储系统

2020/6/13,1,第9章虚拟存储系统,2020/6/13,2,定义：将主存空间与辅存空间统一编址，组成逻辑地址空间，即虚拟存储器，目的是扩大主存容量。基本原理（局部性原理）用户使用逻辑地址（虚地址）空间编程；操作系统进行程序调度、存储空间分配、地址转换等相关工作；系统以物理地址（实地址）访问主存。,虚拟存储器,2020/6/13,3,Cache与虚存的异同相同点出发点相同，提高存储系统的性能；原理相同，程序运行时的局部性原理；不同点侧重点不同，一个解决速度问题，一个解决容量问题；数据通路不同，CPU与cache有直接通路，而与虚存没有；透明性不容，cache完全透明，虚存对系统程序员不透明；未命中时损失不同，cache损失小，虚存损失大。主、外存基本信息传送方式：页式、段式和段页式.,2020/6/13,4,1、页式虚拟存储器基本原理：根据存储器物理结构以页为单位分配主存和虚拟存储器，称为实页（物理页）和虚页（逻辑页），实、虚页大小相等；地址组成：（物理/逻辑）页号地址（高位）+页内地址；建立页表：虚地址页号与实地址页号的对照表，由操作系统建立,存放主存。其内容按虚页号顺序排列，长度为程序的虚页数。盘号:该页在磁盘中的起始地址;装入位:该页是否调入主存判断位,为”1”表示已调入;修改位:指出虚页内容在主存中是否被修改过;替换控制位:与替换策略有关;读写保护位:指出该虚页的读写允许权限;实页号:指出虚页分配在主存中的位置：实地址页号.设置一个页表基址寄存器：存放当前运行程序的页表的起始地址。,2020/6/13,5,虚实地址转换过程：存储管理模块读页表起始地址到页表基址寄存器;页表基址寄存器+虚页号拼成页表索引地址;查找该页在页表中信息字;检测装入位,若为”1”,则形成实地址:读取实页号作为实地址高位地址,虚地址的页内行地址作为实地址低,CPU以此访问主存;,逻辑页号,页内地址,物理页号,页内地址,程序虚地址,实地址,页表基地址,页表,页表地址,页表索引地址,页表基址寄存器,2020/6/13,6,若检测装入位为”0”,以中断方式把虚地址指示的一页内容从辅存调入主存,再提供给CPU访问.主存已满:执行替换算法(随机算法、先进先出、最近最少使用算法、最久没有使用算法、最优替换算法），调出淘汰的主存页，写入磁盘，再将所需页调入主存。建立快、慢页表，提高按虚地址访存速度。优点：操作简单,开销小;缺点：页的长度固定,程序的长度不一定正好是页面的整数倍，不利于程序执行与保护，零头也会浪费。,2020/6/13,7,例10：在页式虚拟存储器中，若主存容量为4MB，虚存容量为1GB，则虚地址和物理地址各为多少位？页面容量为4KB，则页表长度为多少行？,答：物理地址：22位虚地址：30位,虚页号字段位数18，页表长度218行。,2020/6/13,8,2、段式虚拟存储器将程序按照逻辑结构分成若干段，各段大小可变;建立段表：段起址：当该段装入主存时,记录其在主存中的起始地址。虚地址组成:段号（高位）+段内地址（低位）;虚实地址转换过程：优点：便于程序运行；缺点：存储管理复杂，存储空间利用率低。,段号,段内地址,主存地址,虚地址,实地址,段表基地址,段表,段表地址,段表基址寄存器,+,2020/6/13,9,3、段页式虚拟存储器将程序按照逻辑结构分成若干段，各段再分成大小相同的页;主存按页划分，大小与虚页同，以页为单位装入；建立段表和页表。虚实地址转换过程：,段号,页