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软考总结——虚存管理



存储管理是操作系统的重要职能之一,主要任务是对内存空间进行分配与回收。由于计算机内存容量有限,实存环境下在64K内存中执行128K的程序是不可能的,故在此基础上发展了虚拟存储系统。

 

虚存理念:利用有限资源尽可能的执行大程序,对用户程序和内存进行分块,将用户程序一块块拿到内存中来,一个执行完后释放内存,下一个继续执行。

 

虚拟存储通过将运行进程访问的地址(逻辑地址、虚拟地址)与主存的物理地址(实际地址)分开,从而使得提供大于物理地址的逻辑地址空间成为可能。

 

虚存管理的组织结构如下图示

    



页式存储组织

    

       

    系统划分,逻辑地址=页号+页内地址。


    基本思想:内存分为固定大小的页。


    基本原理:将各进程的虚拟空间划分为若干个长度相等的页,把内存空间以与页相等的大小划分为大小相等的片或页面。采用请求调页或预调页技术实现内外存统一管理。



        已知程序逻辑地址为14位且前三位为011,页面大小2K,采用页式存储。


    已知逻辑地址14位,每个页面2K=2^11,所以页内地址11位,页号为3位。又前三位为011变为十进制为3,对应的物理块号为b。地址变换过程如下图所示

       

      


    优点:利用率高,产生的内存碎片小,内存间分配及管理简单。


    缺点:要有相应的硬件支持,增加了系统开销。请求调页的算法选择不当,有可能产生抖动现象。


段式存储组织

    


从用户角度划分,逻辑地址=段号+段内地址。


基本思想:程序按逻辑单位分成基本独立的段。


基本原理:系统为每一个作业建立一个段表,其内容包括段号与内存起始地址的对应关系、段长和状态等。

   

    地址变换过程与页式变换同理,如下图所示

     



优点:便于多道程序共享内存,便于对存储器的保护,各段程序修改互不影响


缺点:内存利用率低,内存碎片浪费大。

     

段页式存储组织


   


逻辑地址=基号+段号+页号+页内地址


一个段表+一组页表。


段页式存储组织是段式存储组织和页式存储组织的组合,这样可以充分利用两者的优点,实存等分为页,程序按逻辑模块分成段。其中,基号作为用户标志号存在。

    


地址变换过程公式:


    (((x+s+p*2^n +d


其中,X表示基号,(x)表示基寄存器中地址为x的单元的内容,S为段号,P表示页号,d表示页内地址,n表示页内地址的位数。


 优点:空间浪费小,存储共享容易、存储保护容易、能动态连接。


缺点:由于软件的增加,复杂性和开销增加,需要的硬件以及占用的内存增加,执行速度大大下降。


 

页面置换算法(从要执行的元素自身开始算起)


在开始页面置换之前,要了解一个概念,页面置换是相对缺页现象来讲的。缺页,简单的来理解,就是由于实际主存是小于虚存的,因此可能会发生主存中已满,而要使用的页不在主存中,这时就会出现缺页现象。

 

      最优算法


             查看后面的序列,最后被使用的元素被替换掉


      随机算法


             随机淘汰,没有一定的约束性。


      先进先出


             最先进入主存的元素先被淘汰。


      最近最少使用算法


             查看前面的序列,最后被访问的元素被替换掉




      


初始关键字  

2

4

6

5

3

4

2

最优置换

2

2

2

2

2

2

2

 

 

4

4

4

4

4

4

 

 

 

6

5

3

3

3

缺页(*

*

*

*

*

*

 

 


 解析:


    主存初始添加页2,4,6,直接依次放入即可,但是都会出现缺页现象。


添加页5,主存中没有5,所以会出现缺页现象,根据最优置换的规定,5后面又依次出现了34,2所以6被替换掉。


添加页3,主存中没有3,出现缺页现象,3后面出现了42,5被替换掉


添加页4,主存中2,4,3包含3,没有缺页现象,不用进行最优置换。



初始关键字  

2

4

6

5

3

4

2

先进先出

2

2

2

5

2

2

2

 

 

4

4

4

3

3

3

 

 

 

6

6

6

4

4

缺页(*

*

*

*

*

*

*

 


解析:


主存初始添加页2,4,6,直接依次放入即可,但是都会出现缺页现象。


添加页5,主存中没有5,所以会出现缺页现象,根据先进先出的规定,主存中已有页出现顺序为2,4,6,所以2被替换掉


添加页3,主存中没有3,出现缺页现象,主存中已有页出现顺序为4,6,5,所以4被替换掉


添加页4,主存中没有4,出现缺页现象,主存中已有页出现顺序为6,2,3,所以6被替换掉


添加页2,主存中有2,没有缺页现象。




总结:


没有学不会的知识,只有不愿意学的知识。再简单的知识点,不学习不总结,也掌握不好;再难的知识点,只要想学、愿意学、会学,那么也可以掌握。点滴积累吧!






软考总结——虚存管理