操作系统第五章4虚拟存储器管理
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操作系统原理第5章 存储管理
• ⑶最佳适应算法
• 最佳适应算法的空闲链是按空闲区从小到大顺序排 列。为进程选择分区时总是寻找其大小最接近进程 所要求的存储区域。所谓“最佳”是指每次为进程 分配内存时，总是把能满足要求、又是最小的空闲 分区分配给进程，避免“大材小用”。
• 因为每次分配后所切割下来的剩余部分总是最小的， 这样将加速碎片的形成。
• ①如果被回收空闲分区没有空闲伙伴分区，那么保留该分区为一 个独立的空闲分区，否则执行②；
• ②合并回收分区及其伙伴分区，从而得到一个尺寸（2I+1）更大的 回收空闲分区，转移到①；
一个伙伴系统内存分配与回收的例子
• 伙伴系统克服了固定分区和动态分区存储管理技术的缺陷。但是伙伴 系统存在一个问题，即内存空间需要不断地进行分裂和合并，频繁的 伙伴分区合并操作会浪费很多时间。
• ③内存分配原则，以页帧为单位来分配内存，将进程若干个逻辑上连续的 页面装入若干个离散的页帧中，由页表提供进程的页号到存储空间帧号的 映射。
5.2.4伙伴系统
• 其实现原理如下： • 一个伙伴系统内存的用户可用空间为2U。进程申请存储空间时，
系统总是为其分配大小为2I的一个空闲分区。其中S≤I≤U，2S是系 统允许的最小分区尺寸。在实际操作系统中，最小分区尺寸一般 为212。 • 如果进程申请的存储空间大小为K，且2I-1<K≤2I，则将整个2I大小的 分区分配给该进程；否则，该分区被分割成两个大小相等的伙伴 分区，大小为2I-1；再判断K是否满足条件：2I-2<K≤2I-1，若满足条件， 则将两个伙伴中的任何一个分配给该进程。否则，将其中一个伙 伴又分成两个大小相等的伙伴分区；此过程一直继续进行，直到 产生的分区满足条件I-J≥S并2I-J-1<K≤2I-J，将2I-J大小的分区分配给该 进程；当I-J-1<S时，系统不再分割成两个大小相等的伙伴分区，将 2S大小的分区分配给该进程。 • 当进程执行完毕，释放一个尺寸为2I的分区时，系统用下面的算法 回收该分区。
计算机操作系统第五章-虚拟存储器分解
计算机操作系统第五章-虚拟存储器分解第五章虚拟存储器第一节虚拟存储器的基本概念一、虚拟存储器的引入在前面介绍的各种存储管理方式中，用户作业一旦被装入内存，就会一直驻留其中，直到进程运行结束(驻留性)。
有些存储管理方式还存在一次性。
因此，用户作业要最终运行完毕，系统必须给它提供不短于作业长度的存储空间。
于是就出现了两种问题：长作业无法运行大量作业无法同时运行程序运行的局部性原理：在一段时间内一个程序的执行往往呈现出高度的局部性。
前期讨论：P112-113；局部性还表现在两方面：(1) 一条指令被执行，则不久以后该指令很可能再次执行；某个数据被访问，则不久以后该数据附近的数据很可能被访问。
产生这类局部性的典型原因，是由于在程序中存在着大量的循环操作。
(2) 程序在一段时间内所访问的地址，可能集中在一定的范围之内。
若某一存储单元被使用，则在一定时间内，与该存储单元相邻的单元很可能被使用。
其典型情况便是程序的顺序执行、数组的处理等。
局部性原理是在存储分配时克服驻留性、实现虚拟存储的依据。
二、虚拟存储器的定义定义：具有请求调入功能和置换功能，能从逻辑上对内存容量进行扩充的一种存储器系统。
其访问速度接近于内存，而其容量和每位的成本却又接近于外存。
特性：虚拟存储器连续性离散性一次性多次性驻留性交换性虚拟性对用户而言，它访问特性和内存一样；它以CPU时间和外存空间换取宝贵内存空间，是操作系统中的一种资源转换技术。
容量：一个虚拟存储器的最大容量是由计算机的地址结构确定的。
如：若CPU的有效地址宽度为32位，则程序可以寻址范围是0～232-1 ，即虚存容量可达4GB。
虚拟存储器的容量与主存的实际大小没有直接的关系，而是在主存与辅存的容量之和的范围内。
三、虚拟存储技术基本原理：P115把内存与外存有机地结合起来使用，从而得到一个容量很大的“内存”。
当进程开始运行时，先将它的一部分内容装入内存，另一部分暂时留在外存。
在运行过程中，当要访问的指令/数据不在内存时，由OS 自动将内存中的一些内容调到外存，藤出空间，再将马上要访问的内容从外存调入内存。
操作系统---虚拟存储器管理
作业1
空闲区 作业1 运行 进驻内存 空闲区
作业2
作业1被系统调 空闲区 出，进入外存， 作业2调入内存 运行 作业3 作业2 空闲区
出 ， 调 入 作 业 3 运 行 将 作 业 2 的 部 分 内 容 换
作业1 作业3 作业3 作业2 作业1运行完毕， 将作业3的换出 部分重新装入 空闲区 将作业3的部分 内容换出，再 次调入作业1 运行
24
请求分页存储管理的实现
问题一：如何知道作业中的某一部分所在的位置？
【解答】 修改数据结构——页表。 需要在页表中添加相应的字段： 若页面在内存：给出物理块号； 若页面在外存：应给出在外存中的位臵； 为每个作业设臵新的页表，记录作业中的某一页在 虚拟存储空间的位臵。如图所示： 页号 号 物理块号 状态位 访问字段 修改位 外存地址
5
内存扩充技术
授课内容：
覆盖技术
对换技术
虚拟存储技术
6
教学目的和要求
通过本讲的学习，学生将能够：
了解内存扩充技术 描述常规存储管理方式的特征和程序局部性原理 给出虚拟存储器的定义，并理解虚拟存储器的特征 了解请求分页存储管理方式及实现 了解请求分段存储管理方式及实现 了解请求段页存储管理方式及实现 了解LINUX系统的存储器管理策略
14
课堂练习：对换
15
一、选择题
1. 对外存对换区的管理应以（A）为主要目标；对外存 文件区的管理应以（B）为主要目标。
A，B：（1）提高系统吞吐量；（2）提高存储空间 的利用率；（3）降低存储费用；（4）提高换入换出速度； 二、问答题 1. 在系统中引入对换会带来哪些好处？
2. 为实现对换，系统应具备哪几方面的功能？
第5章 虚拟存储器 (1)
作业无法在小内存中运行，无法提高系统的多道程序度，限制了处理机的利用率 和系统的吞吐量。事实上，许多作业在运行时，并非需要用到全部程序和数据。
• (2)驻留性，是指作业被装入内存后，整个作业都一直驻留在内存中，其中 任何部分都不会被换出，直至作业运行结束。尽管运行中的进程被阻塞，而处于 长期等待状态，它们都仍将驻留在内存中，继续占用宝贵的内存资源。
虚拟存储ห้องสมุดไป่ตู้概述
虚拟存储器的定义和特征
虚拟存储器的特征
• (3)虚拟性。是指能够从逻辑上扩充内存容量，使用户所看到的内存容 量远大于实际内存容量。这样，就可以在小的内存中运行大的作业，或者 能提高多道程序度。它不仅能有效地改善内存的利用率，还可提高程序执 行的并发程度。
• 虚拟存储器目前已在大、中、小及微机上广泛采用。虚拟性是以多次 性和对换性为基础的，或者说，仅当系统允许将作业分多次调入内存，并 能将内存中暂时不运行的程序和数据换至盘上时，才能实现虚拟存储器。
虚拟存储器概述
5.1.3 虚拟存储器的实现方法 P167
• 在虚拟存储器中，允许将一个作业分多次调入内存。所以，虚拟存储器的 实现，都建立在离散分配存储管理方式的基础上。目前，所有的虚拟存储器都 是采用下述方式之一实现的。
• 1．分页请求系统
• 分页请求是在分页的基础上增加了请求调页功能和页面置换功能所形成的 页式虚拟存储系统。它允许用户程序只装入少数页面的程序（及数据）即可启 动运行。以后，再通过调页功能及页面置换功能陆续地把即将运行的页面调入 内存，同时把暂不运行的页面换出到外存上。置换时以页面为单位；为了能实 现请求调页和页面置换功能，系统必须提供硬件支持和请求分页的软件。
5.2 请求分页存储管理方式 P168
• (2)驻留性，是指作业被装入内存后，整个作业都一直驻留在内存中，其中 任何部分都不会被换出，直至作业运行结束。尽管运行中的进程被阻塞，而处于 长期等待状态，它们都仍将驻留在内存中，继续占用宝贵的内存资源。
虚拟存储ห้องสมุดไป่ตู้概述
虚拟存储器的定义和特征
虚拟存储器的特征
• (3)虚拟性。是指能够从逻辑上扩充内存容量，使用户所看到的内存容 量远大于实际内存容量。这样，就可以在小的内存中运行大的作业，或者 能提高多道程序度。它不仅能有效地改善内存的利用率，还可提高程序执 行的并发程度。
• 虚拟存储器目前已在大、中、小及微机上广泛采用。虚拟性是以多次 性和对换性为基础的，或者说，仅当系统允许将作业分多次调入内存，并 能将内存中暂时不运行的程序和数据换至盘上时，才能实现虚拟存储器。
虚拟存储器概述
5.1.3 虚拟存储器的实现方法 P167
• 在虚拟存储器中，允许将一个作业分多次调入内存。所以，虚拟存储器的 实现，都建立在离散分配存储管理方式的基础上。目前，所有的虚拟存储器都 是采用下述方式之一实现的。
• 1．分页请求系统
• 分页请求是在分页的基础上增加了请求调页功能和页面置换功能所形成的 页式虚拟存储系统。它允许用户程序只装入少数页面的程序（及数据）即可启 动运行。以后，再通过调页功能及页面置换功能陆续地把即将运行的页面调入 内存，同时把暂不运行的页面换出到外存上。置换时以页面为单位；为了能实 现请求调页和页面置换功能，系统必须提供硬件支持和请求分页的软件。
5.2 请求分页存储管理方式 P168
操作系统原理虚拟存储器管理资料
光存储技术
通过垂直堆叠存储单元，提供更 高的存储密度和更低的延迟，有 望改变虚拟存储器的架构和设计。
利用激光在介质上刻写数据，具 有极高的存储密度和长达数百年 的数据保存期限，为虚拟存储器 提供了前所未有的容量和可靠性。
云计算与虚拟存储器的关系
云计算资源池化
分布式存储系统
云原生技术
云计算通过虚拟化技术将物理资源抽 象成逻辑资源，实现资源的动态分配 和共享，虚拟存储器是云计算资源池 化的重要组成部分。
物理地址空间
实际内存中的地址空间，与逻辑地址空间不一定连续。物理地址是内存单元的 实际地址，由硬件直接访问。
地址映射机制
1 2
动态重定位
程序执行时，将逻辑地址转换为物理地址的过程。 通过查页表或段表实现地址映射。
请求调页/请求分段
当所需页面/段不在内存中时，发出缺页/缺段中 断，将所需页面/段调入内存。
05
虚拟存储器与操作系统的关系
虚拟存储器对操作系统的影响
扩大内存容量
虚拟存储器通过内外存交换技术， 使得程序可以使用比实际内存更 大的容量。
内存保护
每个程序都在自己的虚拟地址空 间中运行，互不干扰，提高了系 统的安全性。
内存管理灵活
虚拟存储器实现了内存的逻辑扩 充，使得内存管理更加灵活，方 便用户和程序员使用。
03
内存回收策略
当进程不再需要某些内存空间时，操 作系统需要将这些空间回收并重新利 用。常见的内存回收策略包括引用计 数法、标记清除法和复制法等。
缓存技术
要点一
缓存命中与缺失
当CPU访问数据时，如果数据已经在 缓存中，则称为缓存命中；否则需要 从主存中读取数据到缓存中，称为缓 存缺失。
操作系统原理虚拟存储器管理
总结词
将内存划分为大小不等的段，每段存放 一个程序的段，以段为单位进行交换。
VS
详细描述
段式存储管理将内存空间划分为大小不等 的段框，每个段框可以存放一个程序的段 。程序被划分为多个段，每个段可以有不 同的长度。在进行段交换时，以段为单位 进行数据的存取和替换。
段页式存储管理
总结词
结合段式和页式存储管理的特点，将内存划分为固定大小的页框，程序分割为多个段，每段再分割为 固定大小的页。
虚拟存储器提供了一个统一的地址空间，使得应用程序可以 像访问内存一样访问硬盘上的数据，从而提高了程序的运行 效率。
虚拟存储器的实现方式
内存管理单元（MMU）
负责将虚拟地址转换为物理地址，实现虚拟存储器到物理存储器的 映射。
交换区
当物理内存不足时，操作系统会将部分内存数据交换到硬盘的交换 区中，以释放物理内存空间。
实现进程隔离
通过虚拟内存技术，每个进程都有独 立的内存空间，实现进程间的隔离， 防止数据冲突和相互干扰。
支持大内存程序
通过将内存分为物理内存和虚拟内存， 支持大内存程序的运行，满足不断增 长的程序需求。
02
虚拟存储器的基本概念
虚拟存储器的定义
虚拟存储器是一种将物理内存与硬盘存储相结合的技术，通 过将部分硬盘空间映射到物理内存中，实现内存的扩展。
操作系统原理虚拟存储器管 理
• 引言 • 虚拟存储器的基本概念 • 虚拟存储器的原理 • 虚拟存储器的管理策略 • 虚拟存储器的实现技术 • 虚拟存储器的性能优化
01
引言
主题简介
虚拟存储器是操作系统中用于管理物 理内存和磁盘存储的技术，通过将内 存分为物理内存和虚拟内存，实现进 程间的隔离和内存的动态分配。
操作系统原理虚拟存储管理技术讲义
操作系统原理虚拟存储管理技术
1、请求分页式存储管理的基本概念 1）基本原理
运行前将一部分页面装入内存，另外一部分页 面则装入外存。在程序运行过程中，如果所访 问的页面不再内存中，则发生缺页中断，操作 系统进行页面动态调度：
a） 找到被访问页面在外存中的地址。 b） 在内存中找一个空闲块，如果没有，则按 照淘汰算法选择一个内存块，将此块内容写回 外存，修改页表。
2）堆栈法
按照页面最后一次访问的时间次序依次排列到堆 栈中。进程访问某一页时，其对应的页面号由 栈内取出压入栈顶，因此，栈顶始终是最新被 访问页面的页面号，栈底则是最近最久没有使 用的页面号。
操作系统原理虚拟存储管理技术
4）最近未使用置换算法（NRU） 近似于LRU算法，不但希望淘汰最近未使
用的页面，还希望被挑选的页面在内存 驻留期间，其页面内容没有给修改过， 因此增加两个硬件位：访问位和修改位。 0和1，0表示未访问或未修改。
操作系统原理虚拟存储管理技术
由访问位A和修改位M可以组合成下面四种类 型的页面：
1类(A=0, M=0): 表示该页最近既未被访问， 又未被修改， 是最佳淘汰页。
2类(A=0, M=1)： 表示该页最近未被访问， 但已被修改， 并不是很好的淘汰页。
3类(A=1, M=0)： 最近已被访问， 但未被 修改， 该页有可能再被访问。
操作系统原理虚拟存储管理技术
• Belady现象：采用FIFO算法时，如果对一个 进程未分配它所要求的全部页面，有时就会出 现分配的页面数增多，缺页率反而提高的异常 现象。
• Belady现象的描述：一个进程P要访问M个页， OS分配N个内存页面给进程P；对一个访问序 列S，发生缺页次数为PE（S,N）。当N增大时， PE(S, N)时而增大，时而减小。 • Belady现象的原因：FIFO算法的置换特征与 进程访问内存的动态特征是矛盾的，即被置换 的页面并不是进程不会访问的。
1、请求分页式存储管理的基本概念 1）基本原理
运行前将一部分页面装入内存，另外一部分页 面则装入外存。在程序运行过程中，如果所访 问的页面不再内存中，则发生缺页中断，操作 系统进行页面动态调度：
a） 找到被访问页面在外存中的地址。 b） 在内存中找一个空闲块，如果没有，则按 照淘汰算法选择一个内存块，将此块内容写回 外存，修改页表。
2）堆栈法
按照页面最后一次访问的时间次序依次排列到堆 栈中。进程访问某一页时，其对应的页面号由 栈内取出压入栈顶，因此，栈顶始终是最新被 访问页面的页面号，栈底则是最近最久没有使 用的页面号。
操作系统原理虚拟存储管理技术
4）最近未使用置换算法（NRU） 近似于LRU算法，不但希望淘汰最近未使
用的页面，还希望被挑选的页面在内存 驻留期间，其页面内容没有给修改过， 因此增加两个硬件位：访问位和修改位。 0和1，0表示未访问或未修改。
操作系统原理虚拟存储管理技术
由访问位A和修改位M可以组合成下面四种类 型的页面：
1类(A=0, M=0): 表示该页最近既未被访问， 又未被修改， 是最佳淘汰页。
2类(A=0, M=1)： 表示该页最近未被访问， 但已被修改， 并不是很好的淘汰页。
3类(A=1, M=0)： 最近已被访问， 但未被 修改， 该页有可能再被访问。
操作系统原理虚拟存储管理技术
• Belady现象：采用FIFO算法时，如果对一个 进程未分配它所要求的全部页面，有时就会出 现分配的页面数增多，缺页率反而提高的异常 现象。
• Belady现象的描述：一个进程P要访问M个页， OS分配N个内存页面给进程P；对一个访问序 列S，发生缺页次数为PE（S,N）。当N增大时， PE(S, N)时而增大，时而减小。 • Belady现象的原因：FIFO算法的置换特征与 进程访问内存的动态特征是矛盾的，即被置换 的页面并不是进程不会访问的。
操作系统第5章虚拟存储器
(1) 有的作业很大，其所要求的内存空间超过了内存总 容量，作业不能全部被装入内存，致使该作业无法运行；
(2) 有大量作业要求运行，但由于内存容量不足以容纳 所有这些作业，只能将少数作业装入内存让它们先运行，而 将其它大量的作业留在外存上等待。
2
第五章 虚 拟 存 储 器
5.1.1 常规存储管理方式的特征和局部性原理 1. 常规存储器管理方式的特征 我们把前一章中所介绍的各种存储器管理方式统称为传
当进程访问某物理块时，要将相应寄存器的Rn-1位置成 1。此时，定时信号将每隔一定时间(例如100 ms)将寄存器右 移一位。如果我们把n位寄存器的数看作是一个整数，那么， 具有最小数值的寄存器所对应的页面，就是最近最久未使用 的页面。
36
第五章 虚 拟 存 储 器
实页
R 实 页R7
R6
R5
R4
R3
算机系统除了要求一定容量的内存和外存外，还需要有请求 页表机制、缺页中断机构以及地址变换机构。
11
第五章 虚 拟 存 储 器
1. 请求页表机制 在请求分页系统中需要的主要数据结构是请求页表，其 基本作用仍然是将用户地址空间中的逻辑地址映射为内存空 间中的物理地址。为了满足页面换进换出的需要，在请求页 表中又增加了四个字段。这样，在请求分页系统中的每个页 表应含以下诸项：
页号
物理块号
状态位 P
访问字段 A
修改位 M
外存地址
12
第五章 虚 拟 存 储 器
2. 缺页中断机构 (1) 在指令执行期间产生和处理中断信号。 (2) 一条指令在执行期间可能产生多次缺页中断。
13
第五章 虚 拟 存 储 器
图5-1 涉及6次缺页中断的指令
(2) 有大量作业要求运行，但由于内存容量不足以容纳 所有这些作业，只能将少数作业装入内存让它们先运行，而 将其它大量的作业留在外存上等待。
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第五章 虚 拟 存 储 器
5.1.1 常规存储管理方式的特征和局部性原理 1. 常规存储器管理方式的特征 我们把前一章中所介绍的各种存储器管理方式统称为传
当进程访问某物理块时，要将相应寄存器的Rn-1位置成 1。此时，定时信号将每隔一定时间(例如100 ms)将寄存器右 移一位。如果我们把n位寄存器的数看作是一个整数，那么， 具有最小数值的寄存器所对应的页面，就是最近最久未使用 的页面。
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第五章 虚 拟 存 储 器
实页
R 实 页R7
R6
R5
R4
R3
算机系统除了要求一定容量的内存和外存外，还需要有请求 页表机制、缺页中断机构以及地址变换机构。
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第五章 虚 拟 存 储 器
1. 请求页表机制 在请求分页系统中需要的主要数据结构是请求页表，其 基本作用仍然是将用户地址空间中的逻辑地址映射为内存空 间中的物理地址。为了满足页面换进换出的需要，在请求页 表中又增加了四个字段。这样，在请求分页系统中的每个页 表应含以下诸项：
页号
物理块号
状态位 P
访问字段 A
修改位 M
外存地址
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第五章 虚 拟 存 储 器
2. 缺页中断机构 (1) 在指令执行期间产生和处理中断信号。 (2) 一条指令在执行期间可能产生多次缺页中断。
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第五章 虚 拟 存 储 器
图5-1 涉及6次缺页中断的指令
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该页被修改否？ 是 将该页写回外存
页在内存？ 是 修改快表
OS命令CPU从外存读缺页
修改访问位和修改位 形成物理地址 地址变换结束
启动I/O硬件 将一页从外存换入内存
修改页表
6.2 请求分页存储管理方式
三、内存分配
1. 最小物理块数
是指能保证进程正常运行所需的最小物理块数。 当系统为进程分配的物理块数少于此值时，进程将 无法运行。
For(j=0;j<=99;j++) A[i][j]=0 ;
程序B： For(j=0;j<=99;j++)
For(i=0;i<=99;i++) A[i][j]=0 ;
分别就程序A和B的执行过程计算缺页次数。
6.3 页面置换算法
答：程序A的执行过程中发生50次缺页；
程序B的执行过程中发生50*100次缺页；
6.3 页面置换算法
例3：考虑一仅460个字节的程序的下述内存访问 序列(该序列的下标均从0开始)：10，11，104， 170，73，309，185，245，246，434，458，364。 且页面大小为100字节，则： 1.写出页面的访问序列。 2.假设内存中仅有200字节可供程序使用且 采用FIFO算法，那么共发生多少次缺页中断？
第六章 虚拟存储器
6.1 虚拟存储器的基本概念 6.2 请求分页存储管理方式
6.3 页面置换算法
6.1 虚拟存储器的基本概念
一、引入
1．有的作业很大，其所要求的内存空间超过了内存
总容量，不能全部被装入。 2．有大量作业要求运行，但内存容量不足以容纳所 有作业。 解决上述问题，两种方法：
一是在物理上增加内存容量；
6.1 虚拟存储器的基本概念
四、虚拟存储器的特征
1.离散性
2.多次性
3.对换性
基础上 又形成了多次性和对换性的特征。其表现出来的最重要 特征是虚拟性。
6.1 虚拟存储器的基本概念
五、虚拟存储器的实现方式
1.分页请求系统
2.请求分段系统
6.2 请求分页存储管理方式
采用FIFO算法产生的缺页中断为6次。
6.3 页面置换算法
答： 3.采用LRU算法的情况如下：
0 块号0 块号1 淘汰页号 缺页中断 0 0 0 1 1 0 1 1 0 0 0 1 3 3 0 1 1 1 3 0 2 2 1 3 2 2 1 4 4 2 1 4 4 2 3 3 4 2
采用LRU算法产生的缺页中断为7次。
6.3 页面置换算法
例4：int A[100][100]；按先行后列次序存储。 在一个虚存系统中，采用LRU淘汰算法。一个进 程有3页内存空间，每页可以存放200个整数。其 中第一页存放程序，且假定程序已经在内存。 程序A： For(i=0;i<=99;i++)
2.以特殊的栈组织内存中的页面： 进程访问某页面时,将该页面的页面号 从栈中移出,压入栈顶,栈底则是最近最久未 使用页面；
链头
单链表中删除 插入链 尾
6.3 页面置换算法
二、最近最久未使用(LRU)页面置换算法
即:访问页面
页面在内存:
将该页面从单链表中删除,插入链尾;
页面不在内存:
请求调入,调入时:
1.选择最先进入内存的页换出。即选择在内 存中驻留时间最久的页面予以淘汰。
2.以队列组织内存中的页面： 页面进入内存时，若有可用空间，则页 面调入内存，在队尾进行排队； 若无可用空间，则应“选择一个页面换出” --应将队头元素换出；
6.3 页面置换算法
二、最近最久未使用(LRU)页面置换算法
1.选择离当前时间最久未使用的页面淘汰。
6.2 请求分页存储管理方式
程序请求访问一页
二、地址变换机构
开始 页号＞页表长度? 否 是 越界中断
缺页中断处理 保留CPU现场
从外存中找到缺页
CPU检索快表 否 是
请 求 分 页 中 的 地 址 变 换 过 程 图
内存满否？ 是 选择一页换出 否
页表项在快表中？ 否 访问页表 产生缺页中 断请求调页
二是从逻辑上增加内存容量。 ——这就是虚拟存储技术要解决的问题。
6.1 虚拟存储器的基本概念
二、虚拟存储器的基本思想
虚拟存储器管理通过把主、辅存统一起来管理， 使用户看到的内存容量远大于实际的内存容量。 在页式、段式或段页式存储管理的基础上，仅把
作业的一部分页或段放在内存中。页表项或段表项中 注明对应的页或段是在主存还是在辅存，程序执行时， 当访问的页或段不在主存时，根据页表项或段表项的 指引，从辅存将其调入主存，如果这时已无可用的物 理空间，则从主存淘汰若干页或段。
答:物理块数为3：FIFO：缺页次数为9；LRU：缺页次数为10 物理块数为4：FIFO：缺页次数为10；LRU：缺页次数为8 结果说明：1. FIFO可能发生Belady现象（存储块增大， 缺页率反而增大）； 2．LRU并不总优于FIFO算法。
6.3 页面置换算法
例2：在一个请求分页系统中，假如一个作业的 页面走向为4 3 2 1 4 3 5 4 3 2 1 5,计算当分配给该作业的物理块数分别为3和4时， 使用FIFO和LRU页面置换算法的缺页次数。结果 说明什么？
2. 物理块的分配策略
1) 固定分配局部置换 2) 可变分配全局置换 3) 可变分配局部置换
三、内存分配
3. 物理块分配算法 1) 平均分配算法
这是将系统中所有可供分配的物理块，平均 分配给各个进程。
2) 按比例分配算法
这是根据进程的大小按比例分配物理块的算法。
3) 考虑优先权的分配算法
6.3 页面置换算法
页面置换算法：选择换出页面的算法；
抖动：如果页面置换算法选择不当，一个进程
在运行中，将把大部分时间花费在完成页面置换 的工作上。我们称该进程发生了抖动(thrashing)；
一个好的页面置换算法，应具有较低的页面更
换频率。理论上讲，应将那些以后不再会访问的 页面换出。
6.3 页面置换算法
一、FIFO页面置换算法
答:FIFO算法，M=3时，缺页次数=9；M=4时，缺页次数=10； LRU算法，M=3时，缺页次数=10；M=4时，缺页次数=8； 说明：
1、FIFO有Belady奇异现象，即不满足存储块增大，缺页 次数减小的规律； 2、m=3时，LRU的缺页次数比FIFO多，所以LRU算法并不 总优于FIFO,还要看当前访问串的特点。
一、页表机制
页号 物理块号 状态位P 访问字段A 修改位M 外存地址
状态位P：表示对应的页当前是否在主存中,如果状
态位为1，表示该页在主存中；
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是否被修改过。
3.假设内存中仅有200字节可供程序使用且 采用LRU算法，则又会发生多少次缺页中断？
6.3 页面置换算法
答： 1.页面访问顺序（页面踪迹）如下：
10 0 11 0
104 170 73 309 185 245 246 434 458 364
1
1
0
3
1
2
2
4
4
3
2.采用FIFO算法的情况如下：
块号0 块号1 淘汰页号 缺页中断 0 0 0 0 1 1 0 1 1 0 0 1 0 3 3 1 0 1 3 1 2 2 3 1 2 2 3 4 4 2 3 4 4 2 3 3 4 2
内存有可用空间:插入链尾 内存无可用空间: 删除链头元素， 将该页插入链尾
6.3 页面置换算法
例1：在一个请求分页系统中，假如一个作业的 页面走向为1 2 3 4 1 2 5 1 2 3 4 5 ,计算当分配给该作业的物理块数分别为3和4 时，使用FIFO和LRU页面置换算法的缺页次数和 缺页率。结果说明什么？