虚拟存储器扩充与内存管理策略

本章节讨论的是操作系统中关于存储器管理的虚拟存储器概念和策略，特别是针对大型作业或同时运行多个作业时内存不足的问题。常规存储器管理方式的特点包括一次性加载和驻留性，即作业必须一次性全部载入内存且直到执行完毕才释放。然而，这种做法限制了内存的利用率，因为程序通常具有局部性，即执行集中在小范围内且有时间性和空间局限性。 为了克服这些问题，引入了虚拟存储器。虚拟存储器的核心思想是通过逻辑扩展内存容量，允许作业的一部分在内存中运行，而其他未被使用的部分暂存于外存。当程序需要访问不在内存中的页面或段时，称为缺页或缺段，处理器会通知操作系统将这些缺失的部分调入内存。同时，系统会将不再需要的内存块调出保存在外存，以腾出空间给后续需要的页面或段。 虚拟存储器的定义强调了两个关键特性：请求调入（当需要时自动获取外存中的数据）和置换（在内存不足时，替换已不再活跃的数据）。虚拟存储器的逻辑容量由内存和外存的总和决定，虽然它的运行速度接近内存，但成本接近于外存，实现了内存空间的高效利用和性能提升。 根据虚拟存储器的工作原理，操作系统需要维护段表和内存空闲链，以便动态管理内存分配和回收。当有合适的空闲区时，可以通过拼接操作将其合并成所需大小，以满足作业的运行需求。整个过程涉及到进程的阻塞与唤醒，确保系统的并发性和资源的有效使用。 第四章的存储器管理部分深入剖析了虚拟存储器如何通过利用时间和空间局部性来优化内存管理，提高系统的整体效率，并通过调入和置换机制实现逻辑内存的动态扩展。这对于理解和设计高效的计算机系统至关重要。