第7章 虚拟存储器

虚拟存储器的基本概念

虚拟存储器是操作系统提供的一种存储器管理技术，通过硬件和软件的结合，将外存空间映射为逻辑上的地址空间，给用户一种"内存无限大"的假象。

虚拟存储器的核心思想

• 局部性原理：
  • 时间局部性：最近访问的指令/数据可能再次访问
  • 空间局部性：附近地址的内容可能被访问
• 按需调页：只将当前需要的页面调入内存
• 页面置换：内存不足时，将不常用页面换出到外存

页面置换算法

• 最佳置换（OPT）：置换未来最长时间不会被访问的页面
• 最近最少使用（LRU）：置换最近最长时间未被访问的页面
• 先进先出（FIFO）：置换最先进入内存的页面
• 时钟算法（Clock）：LRU的近似实现，使用访问位和修改位
• 工作集算法：基于程序局部性，动态调整常驻集

缺页中断处理过程

1. 访问的页面不在内存，产生缺页中断
2. 操作系统检查内存是否有空闲页框
3. 如果有空闲页框，直接装入
4. 如果没有空闲页框，选择一个页面置换出去
5. 如果被置换页面被修改过，写回外存
6. 装入所需页面，更新页表
7. 重新执行产生缺页中断的指令

工作集与页面分配策略

• 工作集：进程在时间窗口内实际访问的页面集合
• 分配策略：
  • 固定分配：进程启动时分配固定页框数
  • 可变分配：根据缺页率动态调整
  • 页面置换：局部置换 vs 全局置换