软考总结——虚存管理

Posted 2020-09-22

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存储管理是操作系统的重要职能之中的一个，主要任务是对内存空间进行分配与回收。

因为计算机内存容量有限（如今一般都是32位或64位系统），而外存储设备的容量增长速度很快，比如移动硬盘已经到了T的级别，这时假设要訪问这块儿移动硬盘内的大数据，我们的计算机就有点力不从心了。

。。故在此基础上发展了虚拟存储系统。

 

虚存理念：利用有限资源尽可能的运行大程序。对用户程序和内存进行分块，将用户程序一块块拿到内存中来，一个运行完后释放内存，下一个继续运行。

 

虚拟存储通过将执行进程訪问的地址（逻辑地址、虚拟地址）与主存的物理地址（实际地址）分开，从而使得提供大于物理地址的逻辑地址空间成为可能。

 

虚存管理的组织结构例如以下图示

    

1.页式存储组织

    

       

    系统划分,逻辑地址=页号+页内地址。

    基本思想：内存分为固定大小的页。

    基本原理：将各进程的虚拟空间划分为若干个长度相等的页，把内存空间以与页相等的大小划分为大小相等的片或页面。採用请求调页或预调页技术实现内外存统一管理。

例：

        已知程序逻辑地址为14位且前三位为011，页面大小2K，採用页式存储。

    已知逻辑地址14位，每一个页面2K=2^11，所以页内地址11位，页号为3位。

又前三位为011变为十进制为3，相应的物理块号为b。地址变换步骤例如以下图所看到的

       

      

    长处：利用率高，产生的内存碎片小，内存间分配及管理简单。

    缺点：要有对应的硬件支持，添加了系统开销。

请求调页的算法选择不当，有可能产生抖动现象。

2.段式存储组织

    

从用户角度划分，逻辑地址=段号+段内地址。

基本思想：程序按逻辑单位分成基本独立的段。

基本原理：系统为每个作业建立一个段表。其内容包含段号与内存起始地址的相应关系、段长和状态等。

   

    地址变换过程与页式变换同理，例如以下图所看到的

     

长处：便于多道程序共享内存，便于对存储器的保护，各段程序改动互不影响

缺点：内存利用率低。内存碎片浪费大。

     

3.段页式存储组织

   

逻辑地址=基号+段号+页号+页内地址

一个段表+一组页表。

段页式存储组织是段式存储组织和页式存储组织的组合。这样能够充分利用两者的长处，实存等分为页。程序按逻辑模块分成段。当中，基号作为用户标志号存在。

    

地址变换过程公式：

    （（（x）+s）+p）*2^n +d

当中，X表示基号，（x）表示基寄存器中地址为x的单元的内容。S为段号。P表示页号，d表示页内地址。n表示页内地址的位数。

 长处：空间浪费小，存储共享easy、存储保护easy、能动态连接。

缺点：因为软件的添加。复杂性和开销添加。须要的硬件以及占用的内存添加，运行速度大大下降。

 

页面置换算法（从要运行的元素自身開始算起）

在開始页面置换之前，要了解一个概念，页面置换是相对缺页现象来讲的。缺页，简单的来理解，就是因为实际主存是小于虚存的。因此可能会发生主存中已满，而要使用的页不在主存中，这时就会出现缺页现象。

 

      最优算法

             查看后面的序列，最后被使用的元素被替换掉

      随机算法

             随机淘汰，没有一定的约束性。

      先进先出

             最先进入主存的元素先被淘汰。

      近期最少使用算法

             查看前面的序列，最后被訪问的元素被替换掉

例

      

初始keyword	2	4	6	5	3	4	2
最优置换	2	2	2	2	2	2	2
		4	4	4	4	4	4
			6	5	3	3	3
缺页（*）	*	*	*	*	*

 解析：

    主存初始加入页2,4,6，直接依次放入就可以，可是都会出现缺页现象。

加入页5。主存中没有5。所以会出现缺页现象，依据最优置换的规定，5后面又依次出现了3，4,2所以6被替换掉。

加入页3。主存中没有3。出现缺页现象。3后面出现了4和2,5被替换掉

加入页4。主存中2,4,3包括3。没有缺页现象。不用进行最优置换。

初始keyword	2	4	6	5	3	4	2
先进先出	2	2	2	5	2	2	2
		4	4	4	3	3	3
			6	6	6	4	4
缺页（*）	*	*	*	*	*	*

解析：

主存初始加入页2,4,6，直接依次放入就可以。可是都会出现缺页现象。

加入页5，主存中没有5，所以会出现缺页现象，依据先进先出的规定。主存中已有页出现顺序为2,4,6，所以2被替换掉

加入页3，主存中没有3。出现缺页现象。主存中已有页出现顺序为4,6,5，所以4被替换掉

加入页4，主存中没有4。出现缺页现象。主存中已有页出现顺序为6,2,3，所以6被替换掉

加入页2，主存中有2。没有缺页现象。

总结：

没有学不会的知识，仅仅有不愿意学的知识。再简单的知识点，不学习不总结。也掌握不好；再难的知识点，仅仅要想学、愿意学、会学，那么也能够掌握。

点滴积累吧！

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