虚拟存储

　　一、虚拟存储器

　　虚拟存储器是为“扩大”主存容量而采用的一种设计技巧，就是它只装入部分作业信息来执行，好处在于借助于大容量的辅助存储器实现小主存空间容纳大逻辑地址空间的作业。

　　虚拟存储器的容量由计算机的地址结构（地址总线位数）决定。如32位的，则最大的虚存容量为2^32=4294967296B=4GB。

　　二、叙述页式虚拟存储器的基本原理

　　页式虚拟存储器是在页式存储的基础上实现虚拟存储器的，其工作原理是：

　　首先把作业信息作为副本存放在磁盘上，作业执行时，把作业信息的部分页面装入主存，并在页表中对相应的页面是否装入主存作出标志。

　　作业执行时若所访问的页面已经在主存中，则按页式存储管理方式进行地址转换，得到绝对地址，否则产生“缺页中断”由操作系统把当前所需的页面装入主存。

　　若在装入页面时主存中无空闲块，则由操作系统根据某种“页面调度”算法选择适当的页面调出主存换入所需的页面。

　　三、常用的页面调度算法：FIFO、LRU、LFU

　　页面调度：当主页中无空闲块时，为了装入一个页面，就必须按某种算法将主存中某个页调出，调入所需装入的页面。

　　常用的算法有：先进先出调度算法（FIFO）、最近最少使用调度算法（LRU）和最近最不常用调度算法（LFU）。

　　特别要注意掌握的就是LRU（最近最少使用调度算法）的算法，如何进行调度。

　　5、缺页中断率

　　f=F/A，这里的f就称为缺页中断率。

　　A为作业执行中调入页面的总次数，F为访问的页面尚未装入主存的次数。

　　四、段式虚拟存储器的实现

　　段式虚拟存储管理以段式存储管理为基础，即在磁盘上保留作业的各个分段信息，作业执行时把需要执行的一段或几段装入主存。

　　在实际使用中，也要进行查表和地址转换以及“缺段中断” 和调度（包括调出、装入、移动等）工作。

　　五、比较各种存储管理方式的特征

　　单分区管理

　　除操作系统占用的一部分存储空间外，其余的用户区域作为一个连续的分区分配给用户使用。

　　界限寄存器值+逻辑地址→绝对地址。

　　固定分区的管理分区数目、大小固定。

　　设置上、下限寄存器

 　　逻辑地址+下限地址→绝对地址。

　　可变分区的管理 可变分区管理方式不是把作业装入到已经划分好的分区中，而是在作业要求装入主存储器时，根据作业需要的主存量和当时的主存情况决定是否可以装入该作业。

　　分区数目大小不定

　　设置基址、限长寄存器

　　逻辑地址+基址寄存器的值→绝对地址。 基址值≤绝对地址≤基址值+限长值。

　　页式存储管理 主存储器分为大小相等的“块”。

　　程序中的逻辑地址进行分“页”，页的大小与块的大小一致。

　　用页表登记块页分配情况

　　逻辑地址的页号部分→页表中对应页号的起始地址→与逻辑地址的页内地址部分拼成绝对地址。 由页表中的标志位验证存取是否合法，根据页表长度判断是否越界。

　　段存储管理程序分段

　　每一段分配一个连续的主存区域，作业的各段可被装到不相连的几个区域中。

　　设置段表记录分配情况

　　逻辑地址中的段号→查段表得到本段起始地址+段内地址→绝对地址 由段表中的标志位验证存取是否合法，根据段表长度判断是否越界。

　　页式虚拟存储管理 类似页式管理将作业信息保存在磁盘上部分装入主存。

　　类似页式管理：

　　逻辑地址的页号部分→页表中对应页号的起始地址→与逻辑地址的页内地址部分拼成绝对地址。

　　若该页对应标志为0，则硬件形成“缺页中断”先将该页调入主存 类似页式管理。

　　段式虚拟存储管理 类似段式管理将作业信息保存在磁盘上部分装入主存。

　　类似段式管理

　　只有单分区适用于单道系统。

　　只有单分区和固定分区的为静态重定位，不需要硬件转换机构。其余为动态重定位，需要硬件转换。

　　六、可变分区经常采用的主存分配算法

　　最先适应分配算法：简单地说，就是在分区表中顺序查找，找到够大的空闲区就分配。

　　最优适应分配算法：挑选一个能满足作业要求的最小空闲区。

　　最坏适应分配算法：挑一个最大的空闲区分给作业使用。

　　七 、I/O保护

　　<1>特权指令：即可能影响系统安全的指令。全文是为保护输入输出的完整性，把“启动I/O”等的一类可能影响系统安全的指令定义为特权指令。

　　特权指令的使用权限：特权指令只允许操作系统使用，用户程序不能使用特权指令。

　　用户程序若要启动I/O，必须请求操作系统代为启动。优点在于：这种方式不但保证安全地使用外围设备，正确地传送信息，而且可减少用户为启动设备而必须了解外围设备特性以及启动等工作，大大方便了用户。

　　<2> 管态和目态

　　中央处理器的两种工作方式：管态和目态。

　　在管态下，中央处理器可执行包含特权指令在内的一切指令；

　　目态次于管态，在目态下，中央处理器不准执行特权指令。

　　操作系统在管态下工作，用户程序在目态下工作。

　　<3> 存储保护

　　操作系统与硬件如何配合来实现存储保护的？

　　答：硬件中设置了两个寄存器来限定用户程序执行时可以访问的空间范围。这两个寄存器是基址寄存器和限长寄存器，用来限定用户程序执行时可以访问的主存空间范围。

　　程序执行时，系统对每一个访问内存的地址进行核对：

　　“基址寄存器值≤访问地址≤基址寄存器值+限长寄存器值”成立，则允许访问；否则，不允许访问。

　　这样就保护了该区域以外的存储信息不受到破坏，一旦程序执行中出错也不会涉及其他程序。

　　注：中央处理器在管态下执行程序时候，对访问主存的地址不进行核对。

　　文件管理

　　一、存储介质是指可用来记录信息的磁带、硬磁盘组、软磁盘片、卡片等。存储介质的物理单位定义为“卷”。

　　存储设备与主存储器之间进行信息交换的物理单位是块。

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