虚拟存储器：局部性原理与请求调入

"虚拟存储器的概念、特征与应用" 在操作系统中，存储器管理是一个关键的领域，特别是对于处理大型程序和并发执行多个任务的情况。请求分段系统和请求段页式系统是虚拟存储技术的两种具体实现，它们旨在解决物理内存有限而程序需求量大的问题。 请求分段系统是基于传统的分段存储管理方式的扩展。在分段系统中，程序被分割成逻辑相关的段，每个段代表程序的一个部分，如代码、数据或堆栈。请求分段系统允许程序的部分段加载到内存中，就可以开始执行，而不是要求一次性加载所有段。当程序运行过程中需要其他未加载的段时，操作系统会动态地将这些段从磁盘调入内存。同时，为了释放内存空间，已经不再使用的段会被调出到磁盘，这一过程称为段的置换。这种机制使得程序可以在不完全占用内存的情况下运行，有效地利用了内存资源。 请求段页式系统则是结合了分段和页式管理的特性。在段页式系统中，每个段被进一步划分为固定大小的页。同样，程序在启动时不需要全部段的页都在内存中，而是仅加载必要的部分。当程序执行时，如果遇到未在内存中的页（称为页缺失），操作系统会触发页的调入，而不再需要的页则会被调出。这种方式提供了更细粒度的内存管理，同时保留了分段的逻辑组织优势。 虚拟存储器的引入是基于程序执行的局部性原理，即程序在执行时通常只集中在一部分代码和数据上，而不是均匀地遍历整个地址空间。时间局限性和空间局限性是局部性原理的两个主要方面，分别描述了指令重复执行和数据访问的集中性。因此，虚拟存储器设计的核心是只将当前需要的部分程序和数据加载到内存，其余部分则保留在外存，形成一种“逻辑上”比实际物理内存更大的存储空间。 虚拟存储器的关键特征包括请求调入（或称页缺失处理）和置换机制。请求调入允许在需要时动态加载内存，而置换则确保内存的有效利用。这种系统提供了一个“虚拟”的内存视图，其容量由内存和外存的总和决定，但运行速度接近于内存，成本接近于外存。虚拟存储技术显著提高了系统的资源利用率和并发能力，使得在有限的内存条件下，能够执行比内存大得多的程序，并支持多任务并行运行。 请求分段系统和请求段页式系统是虚拟存储技术的重要组成部分，它们通过智能地管理和调度内存资源，实现了对程序执行的优化，提升了计算机系统的整体效率。这种技术在现代操作系统中广泛应用，为用户提供了一种无缝的、似乎无限的内存体验。