虚拟内存的基本概念_简述虚拟内存的概念

 

传统存储管理方式的特征、缺点

一次性：作业必须一次性全部装入内存后才能开始运行。这会造成两个问题：①作业很大时，不能全部装入内存，导致大作业无法运行；②当大量作业要求运行时，由于内存无法容纳所有作业，因此只有少量作业能运行，导致多道程序并发度下降。

驻留性：一旦作业被装入内存，就会一直驻留在内存中，直至作业运行结束。事实上，在一个时间段内，只需要访问作业的一小部分数据即可正常运行，这就导致了内存中会驻留大量的、暂时用不到的数据，浪费了宝贵的内存资源。

这些问题都可以用虚拟技术解决问题，而虚拟技术是基于局部性原理。

局部性原理

时间局部性：如果执行了程序中的某条指令，那么不久后这条指令很有可能再次执行；如果某个数据被访问过，不久之后该数据很可能再次被访问。（因为程序中存在大量的循环）

空间局部性：一旦程序访问了某个存储单元，在不久之后，其附近的存储单元也很有可能被访问。（因为很多数据在内存中都是连续存放的，并且程序的指令也是顺序地在内存中存放的）

如何应用局部性原理

高速缓冲技术的思想：将近期会频繁访问到的数据放到更高速的存储器中，暂时用不到的数据放在更低速存储器中。

虚拟内存的定义和特征

基于局部性原理，在程序装入时，可以将程序中很快会用到的部分装入内存，暂时用不到的部分留在外存，就可以让程序开始执行。

在程序执行过程中，当所访问的信息不在内存时，由操作系统负责将信息从外存调入内存，如何继续执行程序。

若内存空间不够，由操作系统负责将内存暂时用不到的信息换出到外存。

在操作系统的管理下，在用户看来似乎有一个比实际内存大得多的内存，这就是虚拟内存。

虚拟内存的最大容量是由计算机的地址结构（CPU寻址范围）确定的

虚拟内存的实际容量 = min（内存和外存容量之和，CPU寻址范围）

虚拟内存有以下三个主要特征：

多次性：无需在作业运行时一次性全部装入内存，而是允许被分成多长调入内存。

对换性：在作业运行时无需一直常驻内存，而是允许在作业运行过程中，将作业换入、换出。

虚拟性：从逻辑上扩充了内存的容量，使用户看到的内存容量，远大于实际的容量。

如何实现虚拟内存技术

虚拟内存技术，允许一个作业分多长调入内存。如果采用连续分配方式，会不便实现。因此，虚拟内存的实现需要建立在离散分配的内存管理方式基础上。

和传统的非连续分配存储管理相比：

在程序执行过程中，当所访问的信息不在内存时，由操作系统负责将信息从外存调入内存，然后继续执行。

若内存空间不够，由操作系统负责将内存中暂时用不到的信息换出外存。

操作系统要提供请求调页（或请求调段）功能

操作系统要提供页面置换（或段置换）的功能