4-5 虚拟存储器的基本概念
虚拟存储器
虚拟存储器摘要纠错编辑摘要虚拟存储器源出于英国ATLAS计算机的一级存储器概念。
这种系统的主存为16千字的磁芯存储器，但中央处理器可用20位逻辑位置对主存寻址。
到1970年，美国RCA公司研究成功虚拟存储器系统。
IBM公司于1972年在IBM370系统上全面采用了虚拟存储技术。
虚拟存储器已成为计算机系统中非常重要的部分。
虚拟存储器只是一个容量非常大的存储器的逻辑模型，不是任何实际的物理存储器。
它借助于磁盘等辅助存储器来扩大主存容量，使之为更大或更多的程序所使用。
它指的是主存-外存层次。
以透明的方式给用户提供了一个比实际主存空间大得多的程序位置空间。
虚拟存储器-工作原理虚拟存储器模型虚拟存储器是由硬件和操作系统自动实现存储信息调度和管理的。
它的工作过程包括6个步骤：①中央处理器访问主存的逻辑位置分解成组号a和组内位置b，并对组号a进行位置变换，即将逻辑组号a作为索引，查位置变换表，以确定该组信息是否存放在主存内。
②如该组号已在主存内，则转而执行④；如果该组号不在主存内，则检查主存中是否有空闲区，如果没有，便将某个暂时不用的组调出送往辅存，以便将这组信息调入主存。
③从辅存读出所要的组，并送到主存空闲区，然后将那个空闲的物理组号a和逻辑组号a登录在位置变换表中。
④从位置变换表读出与逻辑组号a对应的物理组号a。
⑤从物理组号a和组内字节位置b得到物理位置。
⑥根据物理位置从主存中存取必要的信息。
存储模型调度方式有分页式、段式、段页式3种。
页式调度是将逻辑和物理位置空间都分成固定大小的页。
主存按页顺序编号，而每个独立编址的程序空间有自己的页号顺序，通过调度辅存中程序的各页可以离散装入主存中不同的页面位置，并可据表一一对应检索。
页式调度的优点是页内零头小，页表对程序员来说是透明的，位置变换快，调入操作简单；缺点是各页不是程序的独立模块，不便于实现程序和数据的保护。
段式调度是按程序的逻辑结构划分位置空间，段的长度是随意的，并且允许伸长，它的优点是消除了内存零头，易于实现存储保护，便于程序动态装配；缺点是调入操作复杂。
操作系统试题(4)
操作系统试题-9一、单选题（每小题1分，共20分）1、操作系统的【】管理部分负责对进程进行调度。
A、存储器B、控制器C、文件D、处理机2、操作系统的基本类型主要有【】。
A、批处理系统、分时系统及多任务系统B、实时系统、批处理系统及分时系统C、单用户、多用户及批处理系统D、实时系统、分时系统及多用户系统3、在进程管理中，当【】时，进程从阻塞状态变为就绪状态。
A、进程调度B、等待的事件发生C、等待某一事件D、时间片用完4、一个执行的进程时间片用完后，它的状态变为【】。
A、就绪B、等待C、挂起D、不确定5、若P、V原语的信号量S的初值为2，当前值为-1，则表示有【】个等待进程。
A、0个B、1个C、2个D、3个6、进程的并发执行是指若干个进程【】。
A、同时执行B、在执行时间上是不可重叠的C、在执行时间上是重叠的D、共享系统资源7、通常，用户进程被创建后，【】。
A、便一直存在于系统中，直到被撤消B、随着进程的阻塞与唤醒而撤消与建立C、随着时间片轮转而撤消与建立D、随着作业的正常或不正常结束而撤消8、不可行的死锁预防策略是【】。
A、破坏互斥条件B、破坏不可剥夺条件C、破坏请求和保持条件D、破坏环路等待条件9、资源的有序分配策略可以破坏【】条件。
A、互斥使用B、不剥夺C、请求和保持D、环路等待10、某系统中有3个并发进程，都需要同类资源5个，请问该系统不会发生死锁的最少资源数是【】。
A、10B、12C、13D、1511、在存储管理中，采用覆盖与交换技术的目的是【】。
A、逻辑扩充内存容量B、物理扩充内存容量C、提高CPU效率D、实现内存共享12、分区存储管理中的最佳适应算法，要求把空闲区按照【】的次序登记在空闲区表中。
A、大小递减B、大小递增C、地址递减D、地址递增13、在分页存储管理系统中，若逻辑地址用32位表示，其中20位表示页号，则页面大小为【】。
A、1MBB、4KBC、4GBD、2KB14、实现虚拟存储器的理论基础是程序的【】原理。
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。
微机原理复习题
6、下列指令中，有语法错误的指令是 C）JMP WORD PTR[BX+8]
7、“先工作后判断”的循环程序结构中，循环执行的次数最 少是 次。 A）1 A）OF B）0 标志 （C）SF （D）ZF 。 （B）CF C）2 D）不定 8、DEC指令不影响
9、条件转移指令JNE的测试条件是 A）ZF=1 （B）CF=1 （C）ZF=0 （D）CF=0
14、输入/输出指令中的端口包含直接寻址和间接寻址两种方式， 其中直接寻址的端口地址范围是 ，间接寻址时必须使用寄 存器 ，寻址范围是 。 15、 已知AL=35H，BL=0DEH，对带符号数执行 ADD AL，BL后， CF= ，OF= 。 16、 寻址方式是指 ，指令MOV COUNT[SI]，AX中，目的 操作数采用的是 寻址方式，该操作数在 段。 17、一个有20个字的数据区，它的起始地址为50B0： H，该数 据区的最后一个字单元的物理地址为5B71CH。
20、已知中断控制器8259A的IR0的中断型号为88H，则其IR5的 中断类型号为 。*** A）8DH B）88H C）82H D）不能确定,需另外设置
二、填空题
1 、 8088 具 有 根 地 址 线 。 在 访 问内 存 时 使用 地 址 线 ，可直接寻址 容量的内存范围；在访问外 设时使用地址线 ，共能寻址 输入输出端口。 执行一条指令所需要的时间被称为 周期，而总线 周期指的是 ，8088典型的总线周期由 个 T 组成。如果8088的CLK引脚接2MHz的时钟信号，那么每个 T状态的持续时间为 。 2、在立即寻址方式下，操作数存放在 段中；在直接寻
9、乘法指令中规定：字节运算时，乘积被默认存放在 寄 存器中。 10、定义了的变量名具有： 、 、 、 和 属性。 11、32位微处理器除算术逻辑部件和控制部件以外，还包含一 组 以及 等特殊的存储器。(数据cache和指令cache) 12、在半导体存储器中，RAM指的是 ，它可读可写，但断电 后信息一般会 ；而ROM指的是 ，正常工作时只能 从中 信息，但断电后信息 。以EPROM芯片2764为 例，其存储容量为8K×8位，共有 条数据线和 条地 址线。用它组成32KB的ROM存储区共需 片2764芯片。 13、主机与I/O间的数据传送的方式通常 有 、 、 。
电大《操作系统》2028-2029期末试题及答案
电大《操作系统》2028-2029期末试题及答案
一、选择题（选择一个正确答案的代码填入括号中，每小题2分，共 30分）
1．在计算机系统中，控制和管理各种资源、有效地组织多道程序运行的系统软件称作 ( ) A．操作系统 B．文件系统
C．管理信息系统 D．数据库管理系统
2．下列不属于分时系统特征的是( )。
A．为多用户设计
B．可靠性比实时系统要求高
C．方便用户与计算机的交互
D．需要中断机构及时钟系统的支持
3. 进程是程序的执行过程，可以处于不同的状态，各自向前推进的速度是不可预知的，这种性质称作进程的( )。
A．动态性 B．并发性
C．异步性 D．调度性
4．操作系统中利用信号量和P、V操作，( )。
A．只能实现进程的互斥 B．只能实现进程的同步
C．可实现进程的互斥和同步 D．可完成进程调度
5．在操作系统中，作业处于( )状态时，已处于进程的管理之下。
A．后备 B．执行
C．提交 D．完成
6．按照作业到达的先后次序调度作业，排队等待时间最长的作业被优先调度，这是指( )调度算法。
A．优先级法 B．先来先服务法
C．时间片轮转法 D．短作业优先法
7．当硬件中断装置发现有事件发生时，就会中断正在占用CPU的程序的执行，让操作系统的( )占用CPU。
A．作业管理程序 B．系统调用程序
C．中断处理程序 D．文件管理程序
8．经过( )，目标程序可以不经过任何改动而装人物理内存单元。
A．静态重定位 B．动态重定位
C．编译或汇编 D．存储扩充。
ch4-4.5虚拟存储管理
页式虚拟存储管理页表扩展
页号 驻留标志 页框号 辅存地址 其它标志
• 驻留标志位(又称中断位) • 修改位（Modified） • 引用位（Renferenced）
请求分页虚存地址转换过程(1)
逻辑空间地址
CPU
逻辑地址 页号 页内地址
进程切换时装入 快表
②查快表
MMU
①分解地
址
④查页表 ⑥装入快表 ③命中
页面替换策略：局部替换和全 局替换
• 如果页面替换算法的作用范围是整 个系统，称全局页面替换算法,它可 以在运行进程间动态地分配页框。 • 如果页面替换算法的作用范围局限 于本进程，称为局部页面替换算法, 它实际上需要为每个进程分配固定 的页框。
固定分配和局部替换策略配合使用(1)
•进程分得的页框数不变，发生缺页 中断，只能从进程的页面中选页替 换，保证进程的页框总数不变。 •策略难点：应给每个进程分配多少 页框?给少了,缺页中断率高;给多了, 使主存中能同时执行的进程数减少， 进而造成处理器和其它设备空闲。
4.5 虚拟存储管理
4.5.1 虚拟存储管理的概念 4.5.2 请求分页虚拟存储管理 4.5.3 请求分段虚拟存储管理 4.5.4 请求段页式虚拟存储管理
4.5.1 虚拟存储管理的概念
• 为什么要引入虚拟存储器? • 实现虚拟存储器的基本思路。 • 虚拟存储器的定义： 在具有层次结构存储器的计算机系 统中，采用自动实现部分装入和部 分对换功能，为用户提供一个比物 理主存容量大得多的，可寻址的一 种“主存储器”。
时钟页面替换改进算法(2)
• 步1：选择最佳淘汰页面，从指针当前 位置开始,扫描循环队列。扫描过程中 不改变”引用位”，把迂到的第一个 r=0,m=0的页面作为淘汰页面。 • 步2：如果步1失败，再次从原位置开始， 查找r=0且m=1的页面，把把迂到的第 一个这样的页面作为淘汰页面，而在扫 描过程中把指针所扫过的页面的”引用 位”r置0。
V4新5章 虚拟存储器
(1) 程序执行时， 除了少部分的转移和过程调用指令 外， 在大多数情况下仍是顺序执行的。
(2) 过程调用将会使程序的执行轨迹由一部分区域转至 另一部分区域， 但经研究看出，过程调用的深度在大多数 情况下都不超过5。
(3) 程序中存在许多循环结构， 这些虽然只由少数指 令构成， 但是它们将多次执行。
第四章 存 储 器 管 理
5.2.3
1. 何时调入页面
（1）预调页策略
采用一种以预测为基础的预调页策略；预计在不久之后便会被 访问的程序或数据所在的页面，预先调入内存，目前预调页的成功 率仅约50%。这种策略主要用于进程首次调入时，由程序员指出应 该先调入哪些页。
（2）请求调页策略
当进程在运行中需要访问某部分程序的数据时，发现其所在的 页面不在内存，需立即提出请求，由系统将其所需页面调入内存。 由请求调页策略所确定调入的页，是一定会被访问的，再加之请求 调页策略比较易于实现，故在目前的虚拟存储器中，大多采用此策 略。
-
内存 满否？
否
是 页表 项在快表 中？
24
是 选择 一页换出
否
请
访问 页表
求
否
该页 被修改否 ？
产生 缺页中 断请 求调页
页在 内存？
分 页
是 将该 页写回外 存
是 修改 快表
中 的
OS命令CP U从外存读缺页
修改 访问位和 修改位
地
址
启动I/ O硬件 将一 页从外存 换入内 存
形成 物理地址
变
换
由图可看出，采用最佳置换算法，只发生了6次页面置换。
第四章 存 储 器 管 理
2. 先进先出(FIFO)
组成原理课件 - 虚拟存储器
速4.度在虚拟存储器中，当程序正在执行时，由（ ）完成地址映
射A、程序员
B、编译器
D.装入程序
D.操作系统
5.若某单片机的系统程序不允用户在执行时改变，则可以选用
（ ）作为存储芯片。
A、SRAM
B、flash
C.Cache
Memory D.辅助
存储器
6.程序访问的局限性是使用（
）依据。
A、缓冲
B、
3.段页式虚拟存储器
它是将存储空间按逻辑模块分成段，每段以分成若干个页，这 种访问通过一段表和若干个页表进行。段的长度必须是页长的 数倍，段的起点必须是某一页的起点。在段页式虚拟存储器中 ，拟地址被分为基号、段号、页号、页内地址在进行地址映象 时：先根据基号查找段基址表，从表中查出段表的起始地址， 然后用号从段表中查找该 段的页表的起始地址，然后根据段内 页号在页中查找该页在内存中的起始地址（实页号），同时判 断该段是否入内存，如果该段已装入内存，则从段表中取出实 页号，与页内址字段拼成被访问数据的物理地址。
谢谢
一、填空
1、Cache是指（
）。
2.虚拟存储器是建立在（ ）结构上, 用来解决（ ）的问题
3.将辅助存储器当作主存来使用，从而扩大程序可访问的存储空 间，这样的存储结构称为（ ）。
4、地址映象（射）用来确定（ ）地址和（ ）地址之间的逻辑 关系。
5.常用的地址映射方法有（ ）、（ ）、组相联映射三种。
2、在主存和CPU之间增加Cache的目的是
）。
（A、增加内存容量
B、解决CPU与内存之间的速度匹配问
C.提高内存的可靠性 题 D.增加内存空量，同时加快存取速
3.采用虚拟存储器的主要度目的是（
（第5章操作系统的资源管理）习题五答案
（第5章操作系统的资源管理）习题五答案习题五参考答案（P132）5-1什么是虚拟资源？对主存储器⽽⾔，⽤户使⽤的虚拟资源是什么？答：虚拟资源是⽤户使⽤的逻辑资源，是操作系统将物理资源改造后，呈现给⽤户的可供使⽤的资源。
对主存储器⽽⾔，⽤户使⽤的虚拟资源是虚拟存储器。
提供给⽤户使⽤虚拟存储器的⼿段是逻辑地址空间，⽤户在编程时使⽤的是逻辑地址，空间⼤⼩不受限制（也就是说逻辑地址空间可以⽐物理地址空间⼩也可以⽐物理地址空间⼤）。
5-2常⽤的资源分配策略有哪两种？在每⼀种策略中，资源请求队列的排序原则是什么？答：常⽤的资源分配策略有先来先服务策略和优先调度策略。
在先来先服务策略中资源请求队列的排序原则是按照提出请求的先后次序排序；在优先调度策略中资源请求队列的排序原则是按照提出请求的紧迫程度（即优先级）从⾼到底排序。
5-3什么是移臂调度？什么是旋转调度？答：移臂调度是指在满⾜⼀个磁盘请求时，总是选取与当前移臂前进⽅向上最近的那个请求，使移臂距离最短。
旋转调度是指在满⾜⼀个磁盘请求时，总是选取与当前读写磁头旋转⽅向上最近的那个请求，使旋转圈数最少。
5-4什么是死锁？试举例说明。
答：⼀组进程中，每个进程都⽆限等待被该组进程中另⼀进程所占有的资源，因⽽永远⽆法得到资源，这种现象称为进程死锁，这⼀组进程就称为死锁进程。
设某系统拥有⼀台输⼊机和⼀台打印机，并为进程P1和P2所共享。
在t1时刻，进程P1和P2分别占⽤了输⼊机和打印机。
在t2（t2 > t1）时刻，进程P1请求打印机，P1将被阻塞，进⼊等待打印机的等待队列中，等待P2释放打印机。
在t3（t3 > t2）时刻，进程P2请求输⼊机，P2将被阻塞，进⼊等待输⼊机的等待队列中，等待P1释放输⼊机。
此时，P1和P2进⼊了永久的互等状态，即P1和P2成为死锁进程，出现了死锁现象。
5-5产⽣死锁的原因是什么？产⽣死锁的必要条件是什么？答：产⽣死锁的原因主要有：（1）竞争有限的系统资源。
精品文档-计算机系统结构(第五版)(李学干)-第4章
第4章 存储体系
图 4 - 7 采用页式存储后D道程序仍可装入
第4章 存储体系
假设系统内最多可在主存中容纳N道程序，对每道程序都 将有一个页表。
图4 - 8 示意出页式管理的定位映像机构及其虚、实地址
第4章 存储体系
图 4 - 8 页式管理的定位映像机构及其虚、实地址的变换过程
第4章 存储体系
第4章 存储体系
论点2 分配给某道程序的容量S1的增大也只是在开始时对 H
图4 - 24 的实线反映了用堆栈型替换算法时H与S1的关系。 如果采用FIFO算法替换，由于它不是堆栈型算法，随着S1 的增大，H总的趋势也是上升的，但是从某个局部看，可能会 有下降，如图4-24中虚线所示。这种现象同样会体现在Sp、S1 与H的关系上。
第4章 存储体系
2. 段式存储中各段装入主存的起点是随意的，段表中的地址 字段很长，必须能表示出主存中任意一个绝对地址，加上各段 长度也是随意的，段长字段也很长，这既增加了辅助硬件开销， 降低了查表速度，也使主存管理麻烦。 例如，主存中已有A、B、C三个程序，其大小和位置如图4 - 7所示，现有一长度为12 KB的D道程序想要调入。
3. 参看图4 - 19，在页式虚拟存储器中每当用户用虚地址访 问主存时，都必须查找内页表， 将多用户虚地址变换成主存 的实地址①、②。
第4章 存储体系
图 4 - 19 页式虚拟存储器工作的全过程
第4章 存储体系
4.2.3 1. 对页面失效的处理是设计好页式虚拟存储器的关键之一。 2. 要想使虚拟存储器的等效访问速度提高到接近于主存的访
内容时，总希望它已在速度最快的M1中，这就要求未来被访问 信息的地址能预知，这对存储体系的构成是非常关键的。
第4章 存储体系
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第四讲存储器管理主讲教师：夏辉丽
4.6 虚拟存储器的基本概念
4.6.1 虚拟存储器的引入
4.6.2 虚拟存储器的实现方法
4.6.3 虚拟存储器的特征
4.6.1 虚拟存储器的引入
1. 常规存储器管理方式的特征：
•一次性、驻留性
•情况一：内存空间装不下的大作业无法运行
•情况二：作业量大时，无法允许更多的作业
并发
•扩充内存容量的方法：物理上、逻辑上
4.6.1 虚拟存储器的引入
2. 局部性原理：
•程序在执行时常呈现局部性规律，并表现在两
个方面：
（1）时间局限性
（2）空间局限性
4.6.1 虚拟存储器的引入
3. 虚拟存储器的概念：
•逻辑上扩充内存容量的方案：
（1）允许作业部分装入，其他页（段）在运行
中需要访问时再调入----增加请求调入功能
（2）若内存已满，将某些暂时不用的页（段）
调出内存---增加置换功能
4.6.1 虚拟存储器的引入
3. 虚拟存储器的概念：
•定义：虚拟存储器是指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。
•实质：物理上不存在，利用海量外存进行内存
“空间”的扩展。
•逻辑容量：取决于内存容量和外存容量之和。
4.6.2 虚拟存储器的实现方法
必须基于“离散分配的内存管理技术”
1.请求分页系统（页式虚拟存储系统）
•＝基本分页系统+请求调页功能+页面置换功能
•硬件支持：请求分页的页表机制、缺页中断机
构、地址变换机构。
•软件支持：请求分页、页面置换
4.6.2 虚拟存储器的实现方法
2.请求分段系统（段式虚拟存储系统）
•＝基本分段系统+请求调段功能+分段置换功能
•硬件支持：请求分段的段表机制、缺段中断机
构、地址变换机构。
•软件支持：请求分段、段的置换
4.6.3 虚拟存储器的特征
1.离散性：在内存分配时采用离散分配方式；
2. 多次性：一个作业被分成多次调入内存运行；
3. 对换性：允许在作业的运行过程中进行换进、换出；
4. 虚拟性：能从逻辑上扩充内存容量，使用户“看到”的内存容量远大于实际大小。
本节小结
1.虚拟存储器的引入
2.虚拟存储器的实现方法。
3.虚拟存储器的特征
思考
1. 什么是虚拟存储器？
2. 虚拟存储器有哪些特征？其最本质的特征是什么？
3. 实现虚拟存储器需要哪些硬件支持和关键技术？
谢谢!。