儲存管理 虛擬記憶體

儲存管理中虛擬記憶體是當記憶體容量不足時需要考慮的乙個問題。那麼：

接下來看看，怎麼記憶體是通過外存來擴充套件的。

為什麼提出這個問題，實際上問的是這個問題：程式真的可以劃分成很多塊，取部分程式塊裝入較小的記憶體中，然後還能正確執行麼？

面對後者提問，可以將程式的邏輯位址正確轉化實體地址，實現程式的分塊；同時為了高效的完成邏輯位址對映到實體地址的操作，使用頁式管理，段式管理或兩者結合的方式。

但是由於是從外存中裝入到記憶體中，由於訪問外存的速度相對於更慢，是否能高效的完成這個動作？經過大量的試驗發現程式的執行符合區域性性原理，集中訪問程式中的某幾塊，如果將經常使用的程式塊減少移動次數，便可解決這問題。

暫且只考慮到此，其中較為重要的缺頁中斷處理，以後再說。

擴充套件方式有以下幾種：

1. 頁式管理

2. 二級頁式管理

3. 倒排頁表

4. 段式管理

5. 段頁式管理

以下將結合圖示（參考作業系統精髓與設計原理中文第6版）具體地描述各種擴充套件方式。

其中由於程式劃分的虛擬記憶體塊大小與實際記憶體一致，這就保證了程式中的偏移位址，與記憶體中的偏移位址一致；

由於在程式裝入記憶體時建立了頁表，這就保證了程式可以將虛擬位址對映到頁表，訪問實際位址。

看看如何將程式的虛擬位址轉化為實際位址，實現程式的有效執行。

a. 虛擬位址=頁號：偏移量，將其中的頁號，與頁表指標相加，對映到頁表中的相關位置；

b. 通過查詢該頁號對應的頁表中的各項資訊，經過處理（可能從輔存中調入相應的頁到記憶體中）得到頁框號（塊號）

c. 將所得到的頁框號（塊號）與虛擬位址中的偏移量組合形成，實際的記憶體位址。

由於記憶體的限制，頁表的增長受限，然而記憶體增長較快。為了採用頁式管理，不得不將較大的頁表分成兩個頁表：根頁表和子頁表，根頁表存入記憶體，子頁表存入輔存。這樣既減輕了記憶體的鴨梨，又能使用較為成熟的管理。具體轉化位址過程：

a. 虛位址=根頁號：子頁內偏移（上圖標識不清）：偏移量，將其中的根頁號與根頁表指標相加，得到子頁號；

b. 將得到的子頁號與虛位址中的子頁內偏移相加，經過一系列處理得到實際的塊號；

c. 將得到的塊號與虛位址中的偏移量組合形成實際位址

外存的不斷發展，是原有的頁表無法適應新的要求。

在倒排頁表中，將虛位址中的頁號通過雜湊函式，對映到記憶體中的某一表中，該錶將具有相同雜湊值的頁號形成鏈，如圖所示，第i塊之後與第j塊相連。

具體的轉化過程：

a. 虛位址=頁號：偏移量，將其中的頁號通過雜湊函式，對映至某一記憶體塊上。

b. 遍歷具有相同雜湊值的頁號鏈，尋找當前頁號所對應的塊。

c. 將得到的頁號對應的記憶體中的位置，與虛位址中的偏移量組合形成實際的位址。

段式管理是程式設計師自己將程式中具有特定功能的**歸為乙個模組，程式執行時，動態的將當前的模組裝入記憶體中，並將各個模組段記錄在段表中。

具體流程：

a. 虛位址=段號：偏移量，將虛位址中的段號通過段表指標，定位到段表中的具體位置；

b. 經過一系列處理讀出將段表中的某行，得到基址等資訊；

c. 將得到的基址與虛位址中的偏移量組合形成實際的記憶體位址。

由於存在段長等資訊可判斷當前虛位址是否違法訪問；由於每個模組為乙個段，其他程式則可以共享其中的某些模組，這是頁式管理所不能實現的。

段頁式管理是結合頁式管理和段式管理兩者的優點。記憶體利用率較高，模組化程度高，能提供較好的保護和共享機制等等。

它是將在段式管理的基礎上，將每一段再採用頁式管理的一套使用記憶體方法。

具體轉化過程：

a. 虛擬記憶體=段號：頁號：偏移量，將其中的段號取出，通過段表指標，與段表中的相關資訊建立聯絡，得到段中的頁表；

b. 將虛位址中的頁號對映到所得頁表中，得到相應的塊號；

c. 所得到的塊號與虛位址中的偏移量組合形成實際的位址。

對於具體實現依舊有很多細節沒有介紹，比如說：如果虛位址並不能在頁表或段表中找到，怎麼辦？如何使用高速緩衝裝置，進行頁表項的查詢等等問題。

最後一篇只是簡單的涉及如何對缺頁中斷的處理，至於深入了解或學習其他內容請檢視相關書籍（比如：《作業系統精髓與設計原理》）或相關網路資源。

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