虚拟存储器的段页式管理详解

"虚拟存储器, 段页式管理, SSD课件, PPT" 在计算机系统中，虚拟存储器是一种重要的技术，它通过整合主存和辅存，使得程序能够运行在比实际主存容量大得多的逻辑地址空间上。虚拟存储器的核心理念是“虚实映射”，即通过软件和硬件的配合，让程序员可以认为有一个非常大的连续存储空间，而实际上，部分数据被存放在速度较慢但容量较大的辅助存储器（如硬盘）上，只有当需要时才会被调入到主存中。 虚拟存储器的基本概念包括以下几个方面： 1. **虚拟地址与物理地址**：程序运行时使用的地址称为虚拟地址，而实际存储在主存中的地址称为物理地址。虚拟地址空间通常远大于物理地址空间。 2. **地址转换**：虚拟地址到物理地址的转换由硬件（如MMU，内存管理单元）和操作系统共同完成，这通常涉及到页表或段表的查找。 3. **页面与段的概念**： - **段式管理**：在段式存储管理中，程序被分为多个逻辑段，每个段都有自己的名字和长度，便于代码的组织和保护。段表用于记录每个段的起始地址和大小。 - **页式管理**：将内存划分为固定大小的页，程序的逻辑地址空间也被划分为同样大小的页。页表用于记录每一页在物理内存中的位置。 - **段页式管理**：结合了段式和页式的优点，程序逻辑上分段，而每个段内部再分页。这意味着每个逻辑地址包含段号和页号，需要通过段表找到段的起始地址，然后通过页表找到页的物理地址。 4. **快表**：为了加速地址转换，虚拟存储器常常使用快表（TLB，Translation Lookaside Buffer），这是一个高速缓存，保存最近用过的页表项，以减少访问主存页表的次数。 5. **帧页表**：帧页表记录当前在主存中的各个页，包括其对应的物理页号，以及占用状态等信息，有助于内存管理。 6. **外页表**：外页表是辅助存储上的页表，记录程序的虚拟页号与在磁盘上的物理位置，如柱面号、盘面号和扇区号，以便数据在主存和辅存间迁移时使用。 7. **工作过程**：当程序执行时，如果所需的数据不在主存中，会发生缺页中断，操作系统会负责将缺失的页从辅存读入主存，并更新页表。如果主存空间不足，会根据某种策略（如LRU，最近最少使用）选择一个页换出到辅存。 虚拟存储器的设计和实现涉及了操作系统、内存管理、硬件等多个层面，有效利用虚拟存储器能够提高系统的可用性，同时为大型程序的运行提供了可能。在现代操作系统中，虚拟存储器已经成为必不可少的一部分，确保了程序的并发执行和内存资源的有效利用。