虚拟存储器详解：从概念到请求分页管理

"武汉大学版操作系统课件，涵盖了虚拟存储器的相关内容，包括虚拟存储器的基本原理、请求分页存储管理、页面置换算法、页面分配算法、请求分页系统性能分析以及请求分段存储管理。重点讲解了虚拟存储器解决内存不足问题的基本思想，即通过局部性原理和页面置换策略，提供一个逻辑上比实际物理内存更大的虚拟空间，允许程序仅加载部分到内存中执行。" 在计算机操作系统中，虚拟存储器是一项至关重要的技术，它允许进程的地址空间超出实际物理内存的限制。虚拟存储器的基本原理包括程序按页面或段划分，并非一次性全部载入内存，而是根据需要动态调入和调出。这样解决了由于进程需求超过内存容量导致无法运行的问题，同时也缓解了因减少内存中程序数据而可能降低的系统性能。 虚拟存储器的核心是局部性原理，这是指程序执行时，大部分指令和数据会在一段时间内集中在一个小的地址范围，如顺序执行、循环结构和过程调用。这一原理使得系统能够预测哪些部分会频繁使用，从而优化内存使用。例如，如果一个指令或数据最近被访问，那么在不久的将来它很可能再次被访问。 虚拟存储器系统通常采用请求分页或分段管理，其中请求分页是将程序划分为固定大小的页面，只有当程序试图访问不在内存中的页面时，才会发生页面请求，将所需页面从磁盘调入内存。页面置换算法是决定何时以及哪个页面应该被调出内存的关键，常见的算法有最佳置换算法（OPT）、最近最久未使用算法（LRU）等。页面分配算法则决定了如何分配物理内存给进程，而页面置换范围则涉及到哪些页面可以被替换。 请求分页系统性能分析主要关注的是缺页率、平均访存时间等指标，这些指标直接影响系统的响应速度和效率。请求分段存储管理与分页类似，但段是基于逻辑结构，如函数或数据结构，而不是固定的大小，提供了更好的模块性和可移植性。 虚拟存储器是现代操作系统中实现内存管理和优化的重要手段，通过结合内存和磁盘存储，提供了一个灵活且高效的运行环境，允许大型应用程序在有限的物理内存资源下运行。理解和掌握虚拟存储器的概念和技术，对于深入理解操作系统的工作原理至关重要。