起因

  1. 内存需求越来越大
  2. 理想中的存储器： 更大、更快、更便宜的非易失性存储器

覆盖技术

  • 将程序的一部分放入内存进行执行，需要程序员编程时对程序进行设计，对程序员的要求高

  • 有固定的一块代码段放入主存，将程序进行分级，同一级不会相互调用的程序防一段，进行覆盖操作

    交换技术

  • 将程序进程进行换入换出操作，能够获取进程的数据和状态

  • 缺点是：程序较大，换入换出操作成本高

    虚拟技术

    目标：

  • 像覆盖技术那样，将程序的部分的内容放在内存中

  • 像交换技术那样，能够实现进程在内存与外存之间交换

程序的局部性原理
  • 时间局部性
  • 空间局部性

虚拟页式内存管理
  • 页表项
    • 逻辑页号
    • 访问位： 表示该页是否被访问过，用于页面置换算法
    • 修改位：表示该页是否被修改过。当系统回收该物理页面时，根据此位来决定是否把它的内容写回外存
    • 保护位：允许对该页做何种类型的访问
    • 驻留位：表示该页是在内存还是外存
    • 物理页帧号
  • 缺页中断处理过程
    • 缺页中断的产生：逻辑页访问时，发现对应的物理页不在内存中，则产生缺页异常。缺页中断处理过程则需将外存中对应的物理页加载至内存中，使程序能够访问到该物理页后，进行后续的执行过程
      1. 判断内存中是否有空闲的物理页面，则分配一物理页帧f，然后转第四步，否则转第二步
      1. 采用某种页面置换算法，选择一个被替换的物理页帧f，它所对应的逻辑页面为q。如果该页在内存期间被修改过，则需将该页写回外存
      1. 将q所对应的页表进行修改，将驻留位置为0（即对应的物理页不在内存中）
      1. 将需要访问的页面p加载到物理页面f当中
      1. 修改p所对应的页表项，将物理页帧号置为f，将驻留位置为1
      1. 重新运行被中断的指令
  • 后备存储
    • 文件：可能映射文件（在二级存储中）的某个位置
    • 代码段
    • 动态加载的共存库程序段
    • 其他段：可能被映射到的交换文件
  • 虚拟内存性能
    • 有效存储器访问时间（effective memory access time EAT）
    • EAT = 访存时间 页表命中几率 + page fault处理时间 page fault 几率
    • 例子：

访存时间： 10ns
磁盘访问时间： 5ms
参数p = page fault 几率
参数q = dirty page 几率
EAT = 10(1-p) + 5000000p(1+q)