虚拟存储器实现的关键问题与操作系统概述

"实现虚拟存储器须解决的问题-操作系统课件" 在操作系统中，虚拟存储器是一个关键的概念，它使得程序可以运行在比实际物理内存更大的地址空间上。要实现虚拟存储器，有三个主要问题需要解决： 1. 主存辅存统一管理问题：虚拟存储器的设计必须考虑如何有效地管理和利用主存储器（RAM）和辅助存储器（如硬盘）的组合。这通常通过页表或段表等数据结构来实现，使得程序可以将不常用的数据存储在慢速但容量大的辅助存储器中，而将常用数据保留在快速的主存储器中。这种策略被称为“按需调页”或“按需装入”。 2. 逻辑地址到物理地址的转换问题：在虚拟存储器系统中，程序使用的地址是虚拟地址，而非实际的物理地址。因此，操作系统需要一个机制来完成从逻辑地址到物理地址的映射。这个过程通常由内存管理单元（MMU）中的页表机制完成，它根据虚拟地址查找对应的物理地址，以便处理器正确访问内存。 3. 部分装入和部分对换问题：由于不是所有程序都会同时加载到主存，操作系统需要决定哪些部分应该先加载，哪些部分可以稍后加载或者暂时移出主存。部分装入是指只将程序的一部分加载到主存，其余部分保留在磁盘上。部分对换则是指当主存空间不足时，将当前不活跃的部分程序或数据交换到磁盘，腾出空间给更活跃的部分。这部分操作需要高效且策略性的执行，以避免频繁的页面交换导致性能下降。 在实现这些功能时，系统确实会有一定的开销，比如处理地址转换的时间成本、维护页表的存储开销以及对换操作引起的I/O延迟。然而，虚拟存储器带来的好处，如提高资源利用率、支持多任务并行和大型程序的运行，远超过了这些开销。 操作系统课程通常会深入探讨这些问题，包括但不限于： - 虚拟地址空间的划分和管理 - 页表和段表的实现 - 页面替换算法，如LRU（最近最少使用）、FIFO（先进先出）等 - 请求分页和请求分段系统的工作原理 - 内存碎片的管理和优化策略 - 缓存和预取技术对虚拟存储器性能的影响 学习操作系统课程，学生需要掌握这些基础知识，并了解不同操作系统如何实现和优化虚拟存储器，以更好地理解计算机系统的工作原理和提升系统设计能力。通过参考书目如《操作系统教程》、《计算机操作系统》和《操作系统概念》等，可以深入学习和研究这些主题。此外，课程还可能涉及操作系统其他重要概念，如进程管理、文件系统、设备管理等。