Module10:VirtualMemoryBackground（1）虚拟存储器的基本概念局限性表现为：时间局限性：如果程序中的某条指令一旦执行，则不久的将来该指令可能再次被执行；如果某个存储单元被访问，则不久以后该存储单元可能再次被访问。产生时间局限性的典型原因是在程序中存在着大量的循环操作。空间局限性：一旦程序访问了某个存储单元，则在不久的将来，其附近的存储单元也最有可能被访问。即程序在一段时间内所访问的地址，可能集中在一定的范围内，其典型原因是程序是顺序执行的。BackgroundBackgroundBackgroundBackground虚拟存储器实现方式DemandPaging请求分页存储管理方式其中各字段说明如下：状态位（存在位P）：用于指示该页是否已调入内存，供程序访问时参考。访问字段A：用于记录本页在一段时间内被访问的次数，或最近已有多长时间未被访问，提供给置换算法选择换出页面时参考。修改位M：表示该页在调入内存后是否被修改过。由于内存中的每一页都在外存上保留一份副本，因此，若未被修改，在置换该页时就不需将该页写回到外存上，以减少系统的开销和启动磁盘的次数；若已被修改，则必须将该页重写到外存上，以保证外存中所保留的始终是最新副本。外存地址：用于指出该页在外存上的地址，通常是物理块号，供调入该页时使用。请求分页中的硬件支持请求分页中的硬件支持Valid-InvalidBitPageFaultStepsinhandlingapagefaultWhathappensifthereisnofreeframe?Whathappensifthereisnofreeframe?调入策略、分配策略和清除策略页面调入策略页面调入策略页面调入策略PerformanceofDemandPaging缺页率假定作业Ji共有m页，系统分配给它的主存块为n块，这里m>n。开始时，主存没有装入任何一页的信息。如果作业Ji在运行中成功访问的次数为S，不成功的访问次数为F(产生缺页中断的次数)，则作业执行过程中总的访问次数为A.A=S（成功访问的次数）+F（不成功的访问次数）作业Ji执行过程中的缺页率f=F/A。PerformanceofDemandPagingDemandPagingExamplePageReplacementPage-ReplacementAlgorithmsPage-ReplacementAlgorithms先进先出（FIFO）置换算法先进先出（FIFO）置换算法First-In-First-Out(FIFO)Algorithm页面置换算法页面置换算法最佳（Optimal）置换算法OptimalAlgorithm最近最久未使用置换算法LeastRecentlyUsed(LRU)AlgorithmLRUAlgorithm(Cont.)LRU近似算法LRU近似算法LRU近似算法举例LRUApproximationAlgorithmsCountingAlgorithmsAllocationofFrames页面分配页面分配页面分配页面分配页面分配页面分配FixedAllocationPriorityAllocationGlobalvs.LocalAllocationThrashingThrashingDiagramWorking-SetModelPage-FaultFrequencySchemeOtherConsiderationsOtherConsideration(Cont.)DemandSegmentation请求分段存储管理方式1.请求分段中的硬件支持1.请求分段中的硬件支持2)缺段中断机构3)地址变换机构分段共享与保护2.分段共享与保护存储共享存储共享共享段的分配与回收存储保护存储保护类型界限保护（上界寄存器/下界寄存器或基址寄存器/限长寄存器）：所有访问地址必须在上下界之间；每个进程都有自己独立的进程空间，如果一个进程在运行时所产生的地址在其地址空间之外，则发生地址越界。当程序要访问某个内存单元时，由硬件检查是否允许，如果允许则执行，否则产生地址越界中断，由操作系统进行相应处理。访问方式保护（保护键）：通过保护键匹配来判断存储访问方式是否合法。对于允许多个进程共享的存储区域，每个进程都有自己的访问权限。如果一个进程对共享区域的访问违反了权限规定，则发生操作越权(即读写保护)。对每个内存区域指定一个键值和若干禁止的访问方式，进程中也指定键值，如果访问时键值不匹配而且是被禁止的访问方式，则出错；环保护：处理器状态分为多个环(ring)，分别具有不同的存储访问特权级别(privilege)，通常是级别高的在内环，编号小（如0环）级别最高；可访问同环或更低级别环的数据；可调用同环或更高级别环的服务。对同环