🐹1 虚拟内存的基本概念
🦓1.1 总览
🦓1.2 传统存储管理方式的缺点
🦓1.3 局部性原理
🦓1.4 虚拟内存
🦝1.4.1 定义
🦝1.4.2 特征
🦓1.5 如何实现虚拟内存
🦝1.5.1 需要解决的两个问题
(1)
此时操作系统需要提供请求调页(请求调段)功能
(2)
此时操作系统需要提供页面置换(段置换功能)
🦝1.5.2 常采用的技术
🦓1.6 总结
🐹2 请求分页管理方法
🦌2.1 总览
🦌2.2 页表机制
🦝2.2.1 需考虑的问题
为了实现虚拟内存的请求调页和页面置换功能,我们需要考虑以下问题
🦝2.2.2 页表的基本结构
访问字段:优先将访问次数较少的内存块调出内存
修改位:在将内存块调出内存时,对于已经修改过的内存块,需要将修改内容重新写入外存。
其他字段较为简单不再赘述
🦌2.3 缺页中断机制
🦝2.3.1 什么是缺页中断机制
🦝2.3.2 过程
🦌2.4 地址变换机制
🦝2.4.1 过程
与普通页表的地址变化过程类似。注意此处是引入了快表的
当发生缺页中断时,需要进行的护处理如下:
🦝2.4.2 补充细节
与上图中标注的序号匹配。
🦌2.5 总结
🐹3 页面置换算法
🐯3.1 总览
🐯3.2 最佳置换算法(OPT)
🐶3.2.1 算法思想
🐶3.2.2 例子
首先,页面会逐渐先将内存填满,如图所示
接着,进程需要2号页面,但是内存中没有,于是发生缺页中断。剩余的页面号引用串为0304230321201701,而内存中已经存在的页面为701,于是操作系统依次对页面进行查找,确定701中最后一个在页面号引用串中出现的数字,容易得到为7,于是将7号页面换出,将2号页面换入。
🐶3.2.3 缺点
(1)是一种理想算法
(2)注意
🐯3.3 先进先出置换算法(FIFO)
🐶3.3.1 算法思想
🐶3.3.2 例子
首先,页面会逐渐将内存填满,如图
接着,系统需要访问0号页面,但内存中没有,于是发生缺页异常。此时的页面队列为3 <- 2 <- 1,3是最先进去的,所以系统将3替换为0。
🐶3.3.3 缺点
🐯3.4 最近最久未使用置换算法(LRU)
🐶3.4.1 算法思想
🐶3.4.2 例子
假如系统的内存块数量为4,且会访问的页面串为:
1,8,1,7,8,2,3
首先,页面会逐渐将内存块填满,如图:
接着,系统访问7号页面,发现内存中没有,于是发生缺页异常,此时我们可以发现现有的页面1872中,它们的自上次被访问以来所经历的时间依次为3、2、1、0。所以系统将1号页面换出,换为3号页面。
我们在做题时,也可以逆序查找。比如此处内存中的页面为1872,而它们的逆序页面号为2、8、7、1,所以1是最久没有使用的,可以将其替换。
🐶3.4.3 缺点
它的效率最接近最佳替换算法,但是:
🐯3.5 时钟置换算法
🐶3.5.1 算法思想
访问位示意图:
🐶3.5.2 例子
因为进程有5个内存块,所以页面的循环队列的长度应该是5。初始时13425会依次填满内存块(这五个页面都被访问,于是它们的访问位都置为1),当访问到6号页面时,操作系统发现缺页,于是产生缺页异常,此时的循环队列为(1->3->4->2->5->1)。操作系统首先从队列的开头(1)寻找最近没有被访问的页面,直至查找到5,所有的页面都被访问过,于是按照时钟置换算法将所有页面的访问位都置为0,并再次开始寻找,此时第一个为0的页面是1,于是操作系统将1号页面换出,换入6号页面。
🐯3.6 改进型的时钟置换算法
🐶3.6.1 算法思想
🐶3.6.2 算法实现方法
🐶3.6.3 例子
(1)只需一轮扫描:
(2)需要两轮扫描:
(3)需要三轮扫描
(4)需要四轮扫描
🐶3.6.4 对算法的进一步理解
🐯3.7 总结
🕮 4 总结
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操作系统的巧妙设计,让计算机变得更加智能高效,让人与科技之间的交流更加顺畅。
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