3.7 虚拟存储器

此部分详见操作系统部分

3.7.1 虚拟存储器的基本概念

页式存储系统：一个程序（进程）在逻辑上被分为若千个大小相等的“页面”, “页面”大小与“块”的大小相同。每个页面可以离散地放入不同的主存块中。

逻辑地址：变量、指令等在程序中的相对地址

物理地址：实际在主存中存放的地址

页表：每一个页表项中记录着逻辑页号和与之对应的主存块号，页表位于主存中

3.7.2 逻辑地址访问过程

1. 将逻辑地址拆分为页号+页内地址

2. 根据页号查找页表，找到该页存放的主存块号

3. 将主存块号与页内地址拼接，得到要访问数据的物理地址

4. 访问相应的主存块，依照相应的Cache工作原理访问Cache和主存

5. 将逻辑地址拆分为页号+页内地址

6. 根据页号查找页表，找到该页存放的主存块号

7. 将主存块号与页内地址拼接，得到要访问数据的物理地址

8. 访问相应的主存块，依据相应的工作原理查找Cache和主存，访问内容

3.7.3 快表（TLB）

快表是一种相联存储器，读取速度快。快表中存放的是页表的副本，Cache中存放的是主存块的副本。

引入了快表之后的查询过程：

1. 将逻辑地址拆分为页号+页内地址

2. 根据页号查询TLB

   1. TLB命中

      1. 直接得到该页面的主存块号

   2. TLB未命中

      1. 根据页号查找页表，找到该页存放的主存块号

      2. 将该页表项复制到TLB

3. 将主存块号与页内地址拼接，得到要访问数据的物理地址

4. 在Cache中查找相应的主存块

   1. Cache命中

      1. 直接从Cache中得到目标数据

   2. Cache未命中

      1. 从主存中访问目标数据

      2. 将主存块复制到Cache中

与Cache类似，快表存满时，也用类似的算法进行替换。

3.7.4 虚拟存储器

基于局部性原理，仅将将一部分内容从外存调入内存中。

页式虚拟存储器

将程序分页，并仅将部分页面调入内存尽心运行。

通过在页表中增加

• 有效位：页面是否被调入内存

• 外存块号：将外存也进行分块，大小与主存块相同，表示该页面存储在外存的位置

• 访问位：用于页面替换算法

• 脏位：表明这个页面是否被修改（是否需要将修改写回外存）

段式虚拟存储器

将程序按照不同的功能模块分段（段大小不一），并仅将部分段调入内存运行。

采用段表来存储分段信息，同时主存不再分页。

区别

• 交换单位

  • CPU—cache：字或字节

  • cache—主存：块

  • 虚拟存储（主存—外存）

    • 段页式：页

    • 页式：页

    • 段式：段

• 透明度

  • 主存—外存

    • 对系统不透明

    • 对应用程序员透明

  • cache—主存

    • 对系统透明

    • 对应用程序员透明