虚拟存储器：基于局部性原理扩大内存容量

"虚拟存储器的概念与局限性" 操作系统第四章主要探讨了存储器管理，特别是虚拟存储器这一重要概念。虚拟存储器的引入是为了解决内存容量不足的问题，允许运行超过内存总容量的大型作业，同时支持多任务并行执行。在传统的存储器管理方式中，作业需要一次性全部装入内存并保持驻留状态直至运行结束，但虚拟存储器打破了这一限制。 局部性原理是虚拟存储器设计的基础。这一原理表明，在程序执行过程中，程序的运行和数据访问通常呈现出时间和空间上的局部性。时间局限性意味着一旦执行了某条指令或访问了某个存储单元，未来一段时间内，这些行为很可能再次发生，尤其是在循环结构中。空间局限性则指的是程序访问的地址往往集中在一定的范围内，因为程序通常是顺序执行的，并且对数组等数据结构的操作也通常限于特定区域。 基于局部性原理，虚拟存储器采取了请求调入和置换策略。在程序启动时，只需将当前需要的部分页面或段加载到内存，其余部分保留在磁盘上。当处理器遇到未在内存中的指令或数据（缺页或缺段）时，会触发操作系统将缺失的部分调入内存。同时，为了释放内存空间，操作系统会将当前未使用的页面或段置换回磁盘。 虚拟存储器的定义是一个具备请求调入和置换功能的存储系统，它逻辑上扩展了内存容量，使得可用的存储空间等于内存和外存的总和。尽管实际运行速度接近内存，成本却接近外存。这种技术极大地提升了计算机系统的效率和灵活性，使得用户可以在有限的物理内存中运行大型应用程序或同时执行多个任务，而不必受限于物理内存的大小。 虚拟存储器通过利用局部性原理，优化了内存资源的使用，实现了逻辑内存的扩大，从而提高了系统的整体性能。这一技术是现代操作系统中不可或缺的一部分，对于处理资源紧张和多任务并发等问题起到了关键作用。