第六章—虚拟机存储器
一、常规存储器管理方式的特征和局部性原理
1、特征
一次性：指作业一次性地全部装入内存后，程序才能开始运行。
驻留性：作业装入内存后，整个作业都一直驻留在内存中。
2、局部性
局部性规律：指程序的执行仅局限于某个部分，访问的存储空间也局限于某个区域。
时间局限性：指某条指令或数据被执行访问后，则不久以后该指令和数据可能会被再次访问。
空间局限性：一旦访问了某个存储单元后，不久之后其附近的存储单元也将会被访问，因为他们的空间地址可能在一起。
3、虚拟存储器的工作原理
基于局部性原理可知，在运行应用程序之前，没有必要将之全部装人内存，而仅须将那些当前要运行的少数页面或段先装人内存便可运行，其余部分暂留在盘 上。
程序在运行时，如果它所要访问的页(段)已被调入内存，则可继续执行下去;但如果程序所要访问的页(段)尚未被调人内存(称为缺页或缺段)，则须发出缺页 (段)中断请求，此时OS将利用
清求调页(段)功能
，将它们调入内存，以使进程能继续执行下去。
如果此时内存已满，无法再装人新的页(段)，则OS还须再利用
页(段)的置换功能
将内存中暂时不用的页(段)调至盘上，在腾出足够的内存空间后，再将要访问的页(段)调人内存，使程序继续执行下去。这样，便可使一个大的用户程序能在较小的内存空间中运行，也可在内存中同时装人更多的进程，使它们并发执行。
二、虚拟器的定义和特征
1、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加以扩充的一种存储器系统。
2、特征：
多次性：允许程序被分成多次调入内存运行，只需把当前要运行的那部分程序和数据装入内存即可运行。
对换性：指一个程序和数据无需在作业运行期间一直留在内存中，而是允许进行换入、换出。
虚拟性：能够从逻辑上扩大内存容量。
三、虚拟器的实现方法
（一）请求分页系统
1、虚拟器实现所需硬件
在分页系统基础之上，增加了
请求调页功能、页面置换功能。
工作原理：
允许用户程序只装入少数页面的程序即可启动运行，以后，再通过请求调页功能和页面置换功能，陆续地把即将运行的页面调入内存，同时把暂时不用的页面换出到外存上。
硬件支持：
请求分页的页表机制：
在页表的基础上增加了四个字段。
页号 物理块号 状态位P 访问字段A 修改为M 外存地址 表示该页是否被调入内存 记录被访问次数 表示调入内存后是否被修改 该页在外存中的地址
缺页中断机制：
要访问的页面尚且还没有被调入内存时，便产生缺页中断，并请求OS将缺页调入内存。
指令执行期间发现所要访问的指令或数据不在内存时，才产生缺页中断信号。
地址变换机构：
2、请求分页中的内存分配：
为一个进程分配内存时，需要确定3个问题：
最小物理块数：
指能保证进程正常运行所需的最小物理块数。
内存分配策略：
指给进程所分配的物理块数量是固定、还是以后是可变的。置换的时候是从该进程所正在运行的页面中（局部）、还是从OS保留的空闲物理块中取一块用来进行置换（全局）。
3种分配置换方法：
固定分配局部置换、可变分配全局置换、可变分配局部置换
物理块分配算法：
平均分配算法、按比例分配算法、考虑优先权的分配算法。
3、页面调入策略
何时调入页面：
预调页策略：一次调入若干个页面，将那些预计在不久之后会被访问的页面预先调入内存中去，适合于第一次将进程调入内存时使用。
请求调页策略：一次只能调入一个页面
从何处调入页面：
外存分为两部分：存放文件的文件区、存放对换页面的对换区。
分为以下三种情况：
1、系统拥有足够的对换空间：这时进程可以从对换区调入全部所需的页面。注意：进程运行前，需要将与该进程有关的文件从文件区复制到对换区。
2、系统缺少足够的对换区空间：这时，凡是
不会被修改的文件
都直接从文件区调入，以后也直接从文件区调入。对于那些可能已被修改的部分，在将他们换出时，须调到对换区，以后也从对换区调入。3、UNIX方式：凡是未运行过的页面都应该从文件区调入。
4、页面置换算法
5、内存有效访问时间
发生的所有操作过程有：
查找快表的时间、查找页表的时间、处理缺页中断的时间、更新快表的时间、访问实际物理地址时间
还有快表命中率、缺页率。
6、抖动
产生原因：
同时在系统中运行的进程太多，导致分配给每个进程的物理块太少，不能满足进程正常运行的基本要求，致使每个进程在运行时会频繁地出现缺页，必须请求系统将所缺之页调入内存。造成每个进程的大部分时间都用于页面的换入、换出，而几乎不能再去做任何有效的工作。
解决办法：
抖动的发生与系统为进程分配物理块的数量有关。
工作集：指在某段时间间隔内中进程实际要访问页面的集合，即进程在某一时间间隔内所引用的所有页面的集合。
采取局部置换策略、把工作集算法融入处理机调度中、利用“L=S”准则调节缺页率、选择暂停的进程
（二）请求分段系统