虚拟存储器的请求页式管理:原理与实现
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虚拟存储管理是现代计算机系统中一种重要的内存管理策略,它通过扩展内存的可用空间,解决了内存容量有限而程序需求不断增长的问题。本篇内容主要涵盖了以下几个关键知识点: 1. **物理地址与内存组织**: 内存物理组织是将内存划分为固定大小的存储单元,每个单元有一个唯一的编号,即物理地址或绝对地址。物理地址空间是一维的,由所有这些单元构成。 2. **程序的逻辑地址与地址空间**: 用户编写的程序使用逻辑地址或虚地址,其基本单位可能与内存单位一致或不同。逻辑地址空间,也称虚地址空间,是程序地址的集合,可以是一维的线性空间,也可能包含多维特性。 3. **虚拟存储器的引入**: 虚拟存储器引入的目的是为了突破内存容量的限制。它允许程序使用比实际物理内存更大的地址空间,并通过分页或段式管理等技术来动态地管理和调度内存。 4. **虚拟存储器的实现方法**: 实现虚拟存储器的方法包括请求页式管理、段式管理等,通过硬件支持的分页或分段机制,以及操作系统层面的页表管理和替换算法。 5. **虚拟存储器的特征**: 虚拟存储器的主要特点是“一次性分配”和“驻留性”,但也可能导致大作业受限和多道程序实现的挑战。同时,局部性原理是虚拟存储器设计的核心,因为它强调了程序访问内存的局部性。 6. **局部性原理**: 程序在执行过程中通常具有顺序性和过程调用的局部性,以及循环结构和数据结构处理的局部性。这导致了时间和空间上的局限性。 7. **时间和空间局限性**: 时间局限性表现为最近访问过的数据可能会再次被访问,支持因素包括循环、子程序、栈和计数变量。空间局限性则体现为程序倾向于连续访问相关的数据,如数组遍历和变量布局。 8. **虚拟存储器的优势**: 基于局部性原理,虚拟存储器利用了空间和时间的局部性,允许程序在不必完全加载到内存的情况下运行,从而极大地提高了内存利用率和程序的并发执行效率。 虚拟存储管理是现代操作系统中的核心组成部分,它通过巧妙地结合物理内存和外存资源,以及利用程序的局部性,实现了高效地管理程序对内存的需求。理解和掌握这些原理和技术对于深入理解计算机系统性能优化至关重要。
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