虚拟存储管理详解：分页与分段机制

"虚拟存储器的概念图-虚拟存储管理" 虚拟存储管理是操作系统中的一个重要概念，它通过逻辑地址和物理地址的映射机制，使得进程能够访问超过实际物理内存容量的地址空间。这一技术的核心是将主存和辅存（通常是硬盘上的交换空间）联合起来，形成一个大的虚拟地址空间，为进程提供更大的可用内存。 首先，我们要理解几个关键术语： 1. 逻辑地址：也称为虚拟地址，是程序在执行时使用的地址，它构成了进程的逻辑地址空间。逻辑地址空间可能远大于实际物理内存的大小。 2. 虚拟地址空间：每个进程都有自己的独立虚拟地址空间，其中包含了程序的代码、数据、堆和栈等组成部分。 3. 物理地址：是内存中实际芯片上的地址，对应着实际的数据存储位置。物理地址空间受到物理内存大小的限制。 4. 页框：物理内存被划分为等大小的块，每个块称为页框，是物理地址空间的基本单位。 5. 页面：与页框相对应，程序逻辑上被分割成的、与页框大小相同的单位，它们的编号从0开始递增。 6. 页表：页表是内存中存储页号与页框对应关系的数据结构，用于进行逻辑地址到物理地址的转换。 分页存储是一种常用的虚拟存储管理方式，其主要目的是简化内存管理，提高内存利用率。在分页系统中，逻辑地址被划分为页号和页内偏移量两部分，其中： - 页号 = 逻辑地址 / 页框大小 - 页内偏移量 = 逻辑地址 % 页框大小 物理地址则等于页框号乘以页框大小加上页内偏移量。 为了加速地址转换，引入了快表（通常是一个小的关联存储器），用于存放页表中常用的部分，可以快速查找到页框号。如果页表不在快表中，则需要通过页表查找页框号，这可能会带来额外的访问时间。 多级页表和反置页表是为了解决大页表占用过多内存的问题。多级页表将一个大的页表拆分成多个小的页表，减少每次查找所需的内存访问次数。反置页表则是将每个页框对应的所有页号存储在一个表中，方便快速定位页框的使用情况。 分段存储则是另一种虚拟存储管理策略，它依据程序的逻辑结构，将程序划分为多个独立的段，每个段有自己的逻辑地址空间。段表记录了每个段的段号和在内存中的起始地址，物理地址由段的内存起始地址加上段内偏移量计算得出。分段存储有利于代码共享和模块化编程。 虚拟内存问题的出现是因为物理内存有限，但进程的逻辑地址空间可能远大于实际可用的内存。解决这个问题的方法是通过页面换入换出机制，将不经常使用的页面从内存中换出到磁盘，当需要时再换入。这样，即使进程的虚拟地址空间大于物理内存，也能在一定程度上运行程序。 总结起来，虚拟存储管理通过逻辑地址和物理地址的映射，结合分页或分段技术，以及页面换入换出策略，实现了对大内存需求的有效支持，确保了系统的高效运行。同时，虚拟内存也是现代操作系统中解决内存不足问题的关键技术。