3.虛存組織

　　虛擬存儲通常涉及存儲空間大于計算機系統主存中可利用存儲空間時的尋址能力問題。虛擬存儲系統的特點是運行程序訪問的地址不是主存中可以獲得的，即運行進程訪問的地址與主存可用的地址相脫離。運行進程訪問的地址稱為虛地址，主存中使用的地址稱為實地址。一個運行進程可以訪問的虛地址范圍稱為進程的虛地址空間，相應的，可使用的實地址范圍稱為實地址空間。

　　（1）分段存儲組織可變分區分配方案中，主存中放置的程序常采用首次適應、最佳適應或最差適應算法實現，但運行的程序需連續存放在一個分區中。一個作業是由若干個具有邏輯意義的段（如主程序、子程序、數據段等）組成。分段系統中，允許程序（作業）占據主存中若干分離的分區。每個分區存儲一個程序分段。這樣，每個作業需要幾對界限地址，判定訪問地址是否越界也困難了。在分段存儲系統中常常利用存儲保護健實現存儲保護。分段系統中虛擬地址是一個有序對（段號，段內位移）。系統為每一個作業建立一個段表，其內容包括段號與主存起始地址的對應關系、段長和狀態等。狀態指出這個段是否已調入主存，即主存起始地址指出這個段，狀態也指出這個段的訪問權限。分段系統的動態地址轉換是這樣進行的:進程運行時，其段表的首地址已在基本地址寄存器中，執行的指令訪問虛存（s，d）（取指令或取操作數）時，首先根據段號s查段表，若段已經調入主存，則得到該段的主存起始地址，然后與段內相對地址（段內偏移量）相加，得到實地址。如果該段尚未調入主存，則產生缺段中斷，以裝入所需要的段。

　　（2）頁式存儲組織頁式存儲組織與存儲組織相似。但是，主存被分劃成若干定長的頁，頁式系統中虛地址是一個有序對（頁號，頁內位移）。系統為每一個進程建立一個頁表，其內容包括進程的邏輯頁號與物理頁號的對應關系、狀態等。頁式系統的動態地址轉換是這樣進行的，進程運行時，其頁表的首地址已在系統的動態地址轉換機構中的基本地址寄存器中，執行的指令訪問虛存地址（p，d）時，首先根據頁號p查頁表，由狀態可知，這個頁是否已經調入主存。若已調入主存，則得到該頁的主存位置，然后，與頁內相對位移組合，得到實地址;如果該頁尚未調入主存，則產生缺頁中斷，以裝入所需的頁。

　　（3）段頁式存儲組織段頁式存儲組織綜合了段式組織與頁式組織的特點，主存被分劃成定長的頁，段頁式系統中虛地址形式是（段號、段內頁號、頁內位移）。系統為每個進程建立一個段表，為每個段建立一個頁表。

　　4.虛存管理
　　
　　實存管理中曾討論過調入、放置（放入分區）和交換（swapping）等問題，虛擬存儲系統同樣存在這些問題。

　　（1）調入策略這涉及在什么時候一頁或一段要從輔存調入主存，有兩種算法:直到進程訪問到某頁或某段時，才把這個頁或段調入主存，這稱為請求調入方案;先行調入方案試圖預測進程將要訪問的是哪些頁或段，則在訪問以前先行調入這些頁或段到主存。

　　（2）放置策略這涉及將調入的頁或段放在主存的什么地方，頁式系統可以放置在任一可利用的實頁中，分段系統則類似于可變分區分配系統。

　　（3）置換策略這涉及到進程已用完了該進程的可用主存空間時，選擇淘汰哪些頁或段，騰出空間放置調入的頁或段。在請求頁式存儲系統中，有若干淘汰算法（置換策略）:①最優（OPT）算法:選擇不再使用或最遠的將來才被使用的頁，這是理想的算法，但難以實現，常用于淘汰算法的比較。②隨機（RAND）算法:隨機地選擇被淘汰的頁，開銷小，但可能選中立即就要訪問的頁。③先進先出（FIFO）算法:選擇在主存駐留時間最長的頁，似乎合理，但可能淘汰立即要使用的頁。另外，使用FIFO算法時，在未給予進程分配足夠的頁面數時，有時會出現給予進程的頁面數增多，缺頁次數反而增加的異常現象。④最近最少使用（LRU）算法:選擇離當前時間最近的一段時間內使用得最少的頁，這個算法的主要出發點是，如果某個頁被訪問了，則它可能馬上就要被訪問;反之，如果某個頁長時間未被訪問，則它在最近一段時間也不會被訪問。存儲管理策略的基礎是局部性原理———進程往往會不均勻地高度局部化地訪問主存。局部性表現為時間局部性和空間局部性兩類:時間局部性是指最近被訪問的存儲位置，很可能不久的將來還要訪問，如循環、棧等;空間局部性是指存儲訪問有成組的傾向:當訪問某個位置后，很可能也要訪問其附近的位置，如訪問數組，代碼順序執行等。存儲訪問局部性最有意義的結果是，只要進程所需要的頁面子集駐留在主存中，進程就可以有效地運行，根據局部性訪問特性，Denning闡述了程序性能的工作集理論。簡言之，工作集是進程活躍地訪問的頁面的集合。工作集理論指出，為使進程有效地運行。它的頁面工作集應駐留在主存中。否則，由于進程頻繁地從輔存請求頁面，而出現稱為“顛簸”（又稱抖動）的過度的頁面調度活動。此時，處理頁面調度上的時間超過了程序的執行時間。顯然，此時CPU的有效利用率會急速下降。當一個進程陷入顛簸狀態時，有的系統將采用全局頁面調度方法以試圖消除顛簸現象，即將其他進程擁有的主存頁面調出主存供這個進程使用.

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