一、虚拟内存的基本概念在虚存管理中，虚拟地址空间是指逻辑地址空间，实地址空间是指物理地址空间；前者的大小受机器的指令地址长度的限制，而后者的大小受物理内存大小的限制。
常见存储管理不足的原因：
1)一次性)工作在执行前一次全部加载到内存中
)常驻性)作业加载到内存中后，驻留在内存中直到作业执行完毕。
局部性原理
1)程序执行特点：
顺序执行。
部分转移和过程调用指令将程序的执行从部分区域转移到另一区域。 但是，根据研究，调用的深度往往在5以下) )。
由少数指令构成的循环结构多次执行。
大多数数据结构的处理序列等)往往局限在狭窄的范围内。
)2)上述所有情况表明了程序执行的局部性。
时间局部性temporal locality ) )。
被引用过一次的存储器的位置很可能在不远的将来被多次引用。 循环结构)
空间局部性spatial locality ) ) ) )。
内存位置被引用一次时，程序在不久的将来很可能会引用附近的内存位置。 数组)
交换技术与虚存使用的调入调出技术有何相同和不同之处？相同点：内存和外部内存之间必须交换信息
区别：
交换技术的交换通常是整个进程，进程大小受物理内存限制
调用技术传递到存储页面或存储段，以提高流程映射的灵活性，并使流程的大小大大大于可用的物理存储空间。
定义虚拟内存
1)虚拟存储器)是具有请求调入功能和置换功能，在逻辑上能够扩展存储器容量的存储器系统
)2)优势：
存储器逻辑容量由存储器容量和外部存储器容量之和决定
以接近存储器速度的速度动作
人均成本接近外部存储器
虚拟内存实现
1)作用)允许将一个工作分多次调入内存
)虚拟化的实现基于离散的存储分配管理
*方式：分页/请求分割系统
*详细信息：分页/分段机制、中断机制、地址转换机制、软件支持
虚拟内存特征
1)多次性)一个工作分多次被调用到存储器中执行
2)更换性)允许在工作执行过程中更换、更换。 整个过程的更换不是虚拟的。)
3)虚拟性)逻辑上可以扩展内存容量，使用户看到的内存容量远远大于实际内存容量。
二、要求分页存储管理方式功能：基本分页“分页请求”和“页面替换”功能。
入和出的基本单位是长度固定的页面
请求分页技术的基本思想是如果内存中尚未找到运行中使用的页面，请动态交换它们。 这样可以减少交换时间和所需的内存量，并增加程序的磁道数
要求寻呼技术是在简单寻呼技术的基础上发展起来的。 两者根本区别请求寻呼以提供虚拟存储，但简单寻呼系统不提供虚拟存储。
硬件支持：具有一定容量内部/外部内存的计算机页面表机制页面错误机制的地址转换机制
a .页表机制
页面表的基本功能不变。 逻辑地址映射到物理地址
添加了状态位、访问字段、更改位和外部地址
存储器中状态位为1，被访问的访问字段为1，或者通过算法为时间，修正后的修正位为1
b .缺页中断机制
1)作为中断，必须经过几个步骤
保护CPU环境分析中断原因转至缺页中断处理程序恢复CPU环境
)2)作为特殊中断，明显区别于一般中断：
指令执行中产生中断信号并进行处理
在执行一个指令的过程中，可能会发生多次页面错误
缺页不是块，而是流程管理的一种方法
c .地址转换机制
基于寻呼系统地址转换机制增加
缺页的发生和处理调入要求) ) ) ) ) )。
从内存中替换1页的功能替换) ) ) ) ) ) )。
内存分配
如果作业不是一次加载而是部分加载，如何为进程分配内存涉及以下三个问题：
1)最小物理块数的确定
不能执行少于此数的进程
与计算机硬件结构有关，取决于指令的格式、功能、寻址方式
)2)物理块分配策略
固定分配、局部置换
困难：难以为每个进程分配“适量”物理块数
可变分配、全局置换
最容易实现，但会提高其他过程的页面错误率，影响运行
可变分配、局部置换若频繁缺页中断，则系统再为进程分配若干物理快；若缺页率特别低，则适当减少分配给该进程的物理块。
)3)物理块的分配算法
平均分配算法
比例分配算法
考虑优先级的分配算法：部分成比例
分配给各进程；另一部分根据各进程优先权，适当地为其增加份额，分配给各进程
调页策略
（1）何时调入页面
①预调页策略
优点：一次调入若干页，效率较好
缺点：预测不一定准确，预调入的页面可能根本不被执行到。主要用于进程的首次调入，由程序员指出应该先调入哪些页。
②请求调页策略
优点：由请求调页策略所确定调入的页，一定会被访问；比较容易实现。
缺点：每次仅调入一页，需花费较大的系统开销，增加了磁盘I/O的启动频率。
（2）从何处调入页面
在请求分页系统中的外存分为：
对换区：连续存放数据，读写速度较快
文件区：离散分配方式，I/O速度相对慢
====》发生缺页时，系统应从何处将缺页调入内存，分成三种情况：
①系统拥有足够的对换区空间：对换区
②系统缺少足够的对换区空间：对换区/文件区
③UNIX方式：随运行数据逐渐从文件区转到对换区
（3）页面调入过程
三、页面置换算法☆☆☆☆☆
缺页率：页面调入次数（缺页次数）/总的页面使用次数
最佳（Optimal）置换算法
优点：保证获得最低的缺页率
不足：无法实现，因为无法预知一进程将来的运行情况
作用：作为参照标准，评价其他算法
先进先出FIFO置换算法
优点：实现简单，把一进程已调入内存的页面按先后次序组织成一个队列，并设置一个指针替换指针)，使它总是指向队首最老的页面。
不足：与进程实际运行规律不相适应（较早调入的页往往是经常被访问的页，频繁被对换造成运行性能降低）
例题：假设一个作业，运行中依次使用的页面情况如下，分配给该进程的内存物理块只有3个，按最佳置换算法，内存中的页面如何变化，缺页率是多少？
总结：
*系统用队列对先进先出的页面次序进行记录
*队列最长等于分配的物理块数
*始终置换队首的最老页面
==>Belady现象：出现分配的页面数增多，缺页率反而提高的异常现象
产生原因：FIFO算法的置换特征与进程访问内存的动态特征矛盾，即被置换的页面并不是进程不会访问的。
最近最久未使用LRU)置换算法
对上述例题用LRU算法计算：
不足：
*有时页面过去和未来的走向之间并无必然的联系。
*相应的需较多的硬件支持：记录每个页面自上次被访问以来所经历的时间t，淘汰时选择页面t值最大的；以及需要快速地知道哪一页是最近最久未使用的页面，用寄存器或栈。
1)寄存器实现：
页面被访问后将寄存器最高为置1，每隔一段时间将所有寄存器右移1位，寄存器值最小的值被换出
2)栈实现：
栈底是最先访问的页面，栈顶是最近访问的页面，若页面在栈中被重新访问，则将它置于栈顶，栈底页面被换出
例题：
某程序在内存中分配三个页面，初始为空，页面走向为4，3，2，1，4，3，5，4，3，2，1，5。
试分别利用OPT、FIFO及LRU算法计算缺页次数。
CLOCK置换算法
①简单的CLOCK置换算法
找未被访问过的页面作为置换页，若指针经过的页use bit=1，修改use bit=0（暂不凋出，给被用过的页面驻留的机会 ），指针继续向下。到所有页面末尾后再返回队首检查。
②改进CLOCK置换算法
置换时根据修改位m和访问位a的值有4种不同情况的处理。
第一轮，搜索a=0，m=0
第二轮，搜索a=0，m=1，在找的过程中将a=1的置为0，若没有找到进行第三轮
第三轮，搜索a=0，m=0，将a=1置0，若没有找a=0，m=1的，此时一定可以找到
上述四种方法比较，LRU较为合适
其他置换方法 四、请求分段存储管理方式☆☆ 请求分段中的硬件支持
（1）段表机制
①存取方式 ：用于标识本分段的存取属性。R,R/W,W
②访问字段A ：用于记录本段被访问的频繁程度。
③修改位M ：表示该段在调入内存后是否被修改过。
④存在状态位P ：指示该段是否已调入内存。
⑤增补位 ：特有字段，表示该段运行中是否做过动态增长
⑥外存地址：用于指出该段在外存上的起始地址盘块号)。
（2）缺段中断机构
请求掉段策略：虚段不在内存，阻塞请求进程，若内存中有合适的空闲区则从外存中读入段，修改段表及内存空闲链，唤醒请求进程，若内存没有合适的空闲区，则判断空闲分区之和是否≥段，若是，则空区拼接，形成一个合适的空区，若不是，则淘汰一个或几个实段，以形成一个合适的空区。
（3）地址变换机构
访问某段，判断是否大于段长，若是，则分段越界中断处理，若不是则判断是否符合存取方式，若不是，则分段保护中断处理，若是则判断是否在主存中，若段不在主存中则缺段中断处理，若段在主存中修改访问字段，如写访问，置修改位为1，形成访问主存地址，访问主存。分段的共享和保护
（1）共享段表：共享计数count，若为0则回收共享段表空间
（2）分段保护
①越界检查
段表寄存器存放了段表长度；段表中存放了每个段的段长。
在进行存储访问时，将段号与段表长度比较，段内地址与段长比较。
②存取控制检查
尤其表现在不同进程对共享段的不同使用上。段表每个表项都设置“存取控制”字段，规定该段的访问方式：只读，只执行，读/写
③环保护机构
规定：低编号的环具有高优先权
遵循的原则：一个程序可以访问驻留在相同环或较低特权环中的数据。一个程序可以调用驻留在相同环或较高特权环中的服务。