虛擬存儲(chǔ)器

       為了給用戶提供更大的隨機(jī)存取空間而采用的一種存儲(chǔ)技術(shù)。它將內(nèi)存與外存結(jié)合使用，好像有一個(gè)容量極大的內(nèi)存儲(chǔ)器，工作速度接近于主存，每位成本又與輔存相近，在整機(jī)形成多層次存儲(chǔ)系統(tǒng)。

       虛擬存儲(chǔ)器源出于英國(guó)ATLAS計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)器概念。這種系統(tǒng)的主存為16千字的磁芯存儲(chǔ)器，但中央處理器可用20位邏輯地址對(duì)主存尋址。到1970年，美國(guó)RCA公司研究成功虛擬存儲(chǔ)器系統(tǒng)。IBM公司于1972年在IBM370系統(tǒng)上全面采用了虛擬存儲(chǔ)技術(shù)。虛擬存儲(chǔ)器已成為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中非常重要的部分。

       虛擬存儲(chǔ)器是由硬件和操作系統(tǒng)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)信息調(diào)度和管理的。它的工作過程包括6個(gè)步驟：①中央處理器訪問主存的邏輯地址分解成組號(hào)a和組內(nèi)地址b，并對(duì)組號(hào)a進(jìn)行地址變換，即將邏輯組號(hào)a作為索引，查地址變換表，以確定該組信息是否 存放在主存內(nèi)。②如該組號(hào)已在主存內(nèi)，則轉(zhuǎn)而執(zhí)行④；如果該組號(hào)不在主存內(nèi)，則檢查主存中是否有空閑區(qū)，如果沒有，便將某個(gè)暫時(shí)不用的組調(diào)出送往輔存，以便將這組信息調(diào)入主存。③從輔存讀出所要的組，并送到主存空閑區(qū)，然后將那個(gè)空閑的物理組號(hào)a和邏輯組號(hào)a登錄在地址變換表中。④從地址變換表讀出與邏輯組號(hào)a對(duì)應(yīng)的物理組號(hào)a。⑤從物理組號(hào)a和組內(nèi)字節(jié)地址b得到物理地址。⑥根據(jù)物理地址從主存中存取必要的信息。

       調(diào)度方式有分頁式、段式、段頁式3種。頁式調(diào)度是將邏輯和物理地址空間都分成固定大小的頁。主存按頁順序編號(hào)，而每個(gè)獨(dú)立編址的程序空間有自己的頁號(hào)順序，通過調(diào)度輔存中程序的各頁可以離散裝入主存中不同的頁面位置，并可據(jù)表一一對(duì)應(yīng)檢索。頁式調(diào)度的優(yōu)點(diǎn)是頁內(nèi)零頭小，頁表對(duì)程序員來說是透明的，地址變換快，調(diào)入操作簡(jiǎn)單；缺點(diǎn)是各頁不是程序的獨(dú)立模塊，不便于實(shí)現(xiàn)程序和數(shù)據(jù)的保護(hù)。段式調(diào)度是按程序的邏輯結(jié)構(gòu)劃分地址空間，段的長(zhǎng)度是隨意的，并且允許伸長(zhǎng)，它的優(yōu)點(diǎn)是消除了內(nèi)存零頭，易于實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)保護(hù)，便于程序動(dòng)態(tài)裝配；缺點(diǎn)是調(diào)入操作復(fù)雜。將這兩種方法結(jié)合起來便構(gòu)成段頁式調(diào)度。在段頁式調(diào)度中把物理空間分成頁，程序按模塊分段，每個(gè)段再分成與物理空間頁同樣小的頁面。段頁式調(diào)度綜合了段式和頁式的優(yōu)點(diǎn)。其缺點(diǎn)是增加了硬件成本，軟件也較復(fù)雜。大型通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)多數(shù)采用段頁式調(diào)度。

       虛擬存儲(chǔ)器地址變換基本上有3種形虛擬存儲(chǔ)器工作過程式：全聯(lián)想變換、直接變換和組聯(lián)想變換。任何邏輯空間頁面能夠變換到物理空間任何頁面位置的方式稱為全聯(lián)想變換。每個(gè)邏輯空間頁面只能變換到物理空間一個(gè)特定頁面的方式稱為直接變換。組聯(lián)想變換是指各組之間是直接變換，而組內(nèi)各頁間則是全聯(lián)想變換。

       替換規(guī)則用來確定替換主存中哪一部分，以便騰空部分主存，存放來自輔存要調(diào)入的那部分內(nèi)容。常見的替換算法有4種。①隨機(jī)算法：用軟件或硬件隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生器確定替換的頁面。②先進(jìn)先出：先調(diào)入主存的頁面先替換。③近期少使用算法：替換長(zhǎng)時(shí)間不用的頁面。④算法：替換長(zhǎng)時(shí)間以后才使用的頁面。這是理想化的算法，只能作為衡量其他各種算法優(yōu)劣的標(biāo)準(zhǔn)。

       虛擬存儲(chǔ)器的效率是系統(tǒng)性能評(píng)價(jià)的重要內(nèi)容，它與主存容量、頁面大小、命中率，程序局部性和替換算法等因素有關(guān)。