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20200715——操作系统 虚拟内存

热度:72   发布时间:2024-01-28 16:25:09.0

内存的发展历史

没有内存抽象(单进程,除去操作系统所用的内存之外,全部给用户程序使用) —> 有内存抽象(多进程,进程独立的地址空间,交换技术(内存大小不可能容纳下所有并发执行的进程)

)—> 连续内存分配(固定大小分区(多道程序的程度受限),可变分区(首次适应,最佳适应,最差适应),碎片) —> 不连续内存分配(分段,分页,段页式,虚拟内存)

什么是虚拟内存

虚拟内存的基本思想:每个进程拥有自己独立的地址空间,这个空间被分为大小相等很多的块,称为页,每个页都是一段连续的地址。这些页被映射到物理内存,但并不是所有的页都需要在内存中程序才能运行。当程序引用到一部分在物理内存中的地址空间,由操作系统将缺失的部分装入物理内存并重新执行失败的命令。

对于进程而言,逻辑上似乎有很大的内存空间,实际上其中一部分对应物理内存上的一块(称为帧,通常页和帧大小相等),还有一些没加载在内存中的对应在硬盘上

在这里插入图片描述
由上图可以看出,虚拟内存实际上可以比物理内存大。当访问虚拟内存时,会访问MMU(内存管理单元)去匹配对应的物理地址(比如上图的0,1,2)。如果虚拟内存的页并不存在于物理内存中(如上图的3,4),会产生缺页中断,从磁盘中取得缺的页放入内存,如果内存已满,还会根据某种算法将磁盘中的页换出。

页面置换算法

FIFO先进先出算法:在操作系统中经常被用到,比如作业调度(主要实现简单,很容易想到);
LRU(Least recently use)最近最少使用算法:根据使用时间到现在的长短来判断;
LFU(Least frequently use)最少使用次数算法:根据使用次数来判断;
OPT(Optimal replacement)最优置换算法:理论的最优,理论;就是要保证置换出去的是不再被使用的页,或者是在实际内存中最晚使用的算法。

虚拟内存的应用与优点

虚拟内存很适合在多道程序设计系统中使用,许多程序的片段同时保存在内存中。当一个程序等待它的一部分读入内存时,可以把CPU交给另一个进程使用。虚拟内存的使用可以带来以下好处:

1)在内存中可以保留多个进程,系统并发度提高
2)解除了用户与内存之间的紧密约束,进程可以比内存的全部空间还大

颠簸

颠簸本质上是指频繁的页调度行为,具体来讲,进程发生缺页中断,这时,必须置换某一页。然而,其他所有的页都在使用,它置换一个页,但又立刻再次需要这个页。因此,会不断产生缺页中断,导致整个系统的效率急剧下降,这种现象称为颠簸(抖动)。

解决策略

如果是因为页面替换策略失误,可以修改替换算法来解决这个问题;
如果是因为运行的程序太多,造成程序无法同时将所有频繁访问的页面调入内存,则要降低多道程序的数量;
否则,还剩下两个办法:终止该进程或增加物理内存容量。

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