虚拟存储管理：扩充内存与局部性原理的应用

本章主要探讨的是操作系统第四章中的虚拟存储管理方案，这是解决大作业内存需求和多任务运行的关键技术。首先，虚拟存储器的引入是为了应对内存容量有限的情况，通过逻辑上扩展内存容量，使得大型或并发运行的作业得以在有限的物理内存中高效运作。 常规存储器管理方式的特点包括一次性加载和驻留性，即作业在运行前必须一次性装载到内存，且一旦装载就一直保持在内存中直到结束。然而，这种做法限制了内存的利用率。P. Denning提出的局部性原理揭示了程序在执行时的两个关键特性：时间局部性和空间局部性。时间局部性意味着程序中近期执行过的指令或访问过的数据在未来可能会再次被访问；空间局部性则指出程序访问的地址倾向于集中在一定范围内。 根据局部性原理，虚拟存储器采用页表和地址变换机构，支持请求分页系统或请求分段系统，允许作业仅加载当前需要的部分到内存，其余部分暂存于外存。当程序试图访问未在内存中的页或段（缺页中断或缺段中断）时，操作系统会调度相应页面或段调入内存。同时，操作系统还会管理内存中的页面或段，将不再活跃的页面调出至外存以腾出空间。 虚拟存储器的核心定义是，它是一种能够通过请求调入和置换机制，模拟出远大于实际内存容量的逻辑内存空间，提供高性能且成本接近于外存的存储环境。这种技术显著提高了系统的内存利用率和程序执行效率，是现代操作系统设计中的基石之一。 总结来说，本章内容涵盖了虚拟存储器的实现机制、地址变换策略、局部性原理的应用、以及如何通过虚拟存储器来优化内存管理和提高程序运行效率。理解并掌握这些概念对于深入研究操作系统和内存管理至关重要。