操作系统——内存管理——虚拟内存

曾经终败给现在 2022-09-15 12:24 287阅读 0赞

考虑一种情况，如果需要运行一个程序，按照之前学习，应该是将该进程全部装入内存中，但是，如果进程所占内存过大，内存不够使用，怎么办？使用虚拟内存。

**虚拟内存：每个程序拥有自己的地址空间，这个空间被分割成多块，每一块称作一页，或者页面，每一页有连续的地址范围。这些页被映射到物理地址空间中。如果运行程序时，没有在内存中找到该页，由操作系统负责将缺失的部分装入物理内存，并重新执行。**

## 分页 ##

程序产生的地址被称为虚拟地址，程序运行时，使用虚拟地址通过mmu映射到物理地址。

虚拟内存对应的物理单元被称为页框。

使用分页时，虚拟地址空间被分为固定大小的页面。

**虚拟地址映射过程**

通过进程给定的虚拟地址，将虚拟地址送给mmu，（假定虚拟地址是16位）mmu将地址前四位和后十二位进行分割，前四位在mmu中进行虚拟地址的查找，并将虚拟地址映射到物理地址，后十二位是偏移量，通过mmu将前四位虚拟地址映射后，将映射后的前四位地址和后十二位的地址进行拼接，得到的就是物理地址。

**快表**

当内存大，每个页面小时，就会导致页表项多，此时，如果在mmu中查找页面，就会更消耗时间。解决方案是使用转换检测缓冲区，将最近一些使用的页面映射关系进行缓存。可以更快的找到并映射。

## 页面置换算法 ##

有时虚拟内存大于实际内存，所以进程有时会遇到缺页，操作系统会将页面从磁盘调入内存中，但是既然有调入磁盘的页面，一般就会有被覆盖的页面。所以出现了页面置换算法。

**最优页面置换算法**

最优页面置换算法规定应该置换标记最大的页面。如果一个页面在800万条指令内不会被使用，另一个页面在600万条指令内不会被使用，则置换前一个页面。

**最近未使用页面置换算法**

将一个页面增加两个标记，一个R标记，一个M标记，当被读时，R标记为1，当被写时，M被标记为1，所以有四种组合方式，最近未使用算法随机的从编号较小的页面中随机淘汰一个。也就是说淘汰一个没有被访问已修改的页面，比淘汰一个频繁使用的干净页面好。

**先进先出页面置换算法**

当发生缺页中断时，淘汰表头的页面，并添加一个页面在表尾。

**第二次机会页面置换算法**

在表中从头开始查找，检查最老页面的R位，如果R位为0，则该页面既早又没有被使用则替换该页面。

**时钟页面置换算法**

第二次机会页面置换算法要经常移动页面。所以使用环形链表，表针指向最老的页面，如果该页面的R位为0，则淘汰该页面，如果该页面R位为1，则表针前移一个位。

**最近最少使用页面置换算法**

在缺页中断发生时，置换未使用时间最长的页面。每执行一条指令所对应的页面加1，当置换页面时，找到值最小的页面。

## 分段 ##

分段与分页不同的是，分页中，每一页的大小是相同的，并且是一维的，但是在分段中，每段大小不同，是二维的。

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