虚拟存储器详解：请求分页系统与页面置换算法

“操作系统教学课件：第4章 存储器管理-3.ppt” 在操作系统中，存储器管理是一个至关重要的部分，它涉及到如何有效地分配和使用有限的内存资源。本课件主要探讨了虚拟存储器的概念以及几种不同的存储分配方式，特别是请求分页系统。 首先，虚拟存储器是一种允许程序只将其一部分装入内存即可运行的技术，通过请求调入和页面置换机制，能够在逻辑上扩展内存容量。这种技术基于程序局部性原理，即程序在短时间内访问的地址往往集中在一定范围内，这包括空间局部性和时间局部性。空间局部性指的是程序在执行时，访问的地址通常会集中在一段连续的区域；时间局部性则表明一旦某个数据或指令被访问，未来短时间内可能会再次访问。 接着，课件介绍了几种存储分配方式，包括单一连续分配、固定分区分配、动态分区分配、可重定位分区分配。这些分配方式各有优缺点，适应不同的系统需求。 然后，重点讲解了请求分页系统。与基本分页系统相比，请求分页系统增加了请求调页和页面置换功能。在运行时，只有必要的页面被加载到内存，如果在执行过程中遇到未在内存中的页（即缺页），系统会产生一个缺页中断，请求操作系统将所需页面调入内存。如果内存中没有空闲块，就需要执行页面置换策略，将当前内存中不常使用的页换出到外存。缺页中断与一般中断的主要区别在于，缺页中断可能在指令执行期间多次发生。 地址变换是请求分页系统中的关键步骤。当处理器试图访问一个不在内存的页时，会发生缺页中断，此时系统会检查页表，如果页号超出页表长度，产生越界中断；如果页在内存，就继续执行；否则，会触发缺页处理，包括保存CPU上下文、寻找内存空闲块、将所需页调入内存，并更新页表。 此外，课件还提到了请求分段系统，它类似于请求分页，但以逻辑段而不是物理页作为单位进行管理，更符合程序的逻辑结构。 本课件深入讲解了虚拟存储器的基本概念和请求分页系统的实现机制，为理解和掌握操作系统中存储器管理的核心内容提供了基础。