計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)第四版虛擬存儲(chǔ)器資料課件

計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)第四版虛擬存儲(chǔ)器資料課件2023REPORTING虛擬存儲(chǔ)器概述虛擬存儲(chǔ)器的工作原理虛擬存儲(chǔ)器的實(shí)現(xiàn)技術(shù)虛擬存儲(chǔ)器的應(yīng)用場景虛擬存儲(chǔ)器的未來發(fā)展目錄CATALOGUE2023PART01虛擬存儲(chǔ)器概述2023REPORTING虛擬存儲(chǔ)器是一種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的抽象概念，它使用硬件和軟件技術(shù)將物理內(nèi)存（RAM）和輔助存儲(chǔ)器（如硬盤）統(tǒng)一管理，為用戶和應(yīng)用程序提供了一個(gè)統(tǒng)一的、無限的存儲(chǔ)空間。虛擬存儲(chǔ)器通過將應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)分割成塊（頁面）并動(dòng)態(tài)地將其加載到物理內(nèi)存中，實(shí)現(xiàn)了對物理內(nèi)存的抽象。虛擬存儲(chǔ)器的定義虛擬存儲(chǔ)器允許應(yīng)用程序使用比實(shí)際物理內(nèi)存更多的內(nèi)存空間，通過將不常用的數(shù)據(jù)和程序頁面交換到硬盤上，從而釋放物理內(nèi)存空間供其他程序使用。擴(kuò)展內(nèi)存虛擬存儲(chǔ)器簡化了內(nèi)存管理，使得操作系統(tǒng)可以更有效地分配和管理物理內(nèi)存，提高了內(nèi)存的利用率和系統(tǒng)的整體性能。提高內(nèi)存管理效率通過將程序隔離在不同的地址空間中，虛擬存儲(chǔ)器可以防止程序之間的相互干擾和破壞，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。保護(hù)系統(tǒng)穩(wěn)定性虛擬存儲(chǔ)器的作用分頁系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)虛擬存儲(chǔ)器的一種方式，它將物理內(nèi)存劃分為固定大小的頁面，并將這些頁面映射到虛擬地址空間中。當(dāng)程序訪問一個(gè)虛擬地址時(shí)，如果該地址對應(yīng)的頁面不在物理內(nèi)存中，則會(huì)發(fā)生頁面錯(cuò)誤（pagefault），此時(shí)操作系統(tǒng)會(huì)將相應(yīng)的頁面從硬盤加載到物理內(nèi)存中。段式系統(tǒng)將程序劃分為多個(gè)段（例如代碼段、數(shù)據(jù)段等），每個(gè)段都有自己的虛擬地址空間。與分頁系統(tǒng)不同，段式系統(tǒng)允許程序在運(yùn)行時(shí)動(dòng)態(tài)地增長或縮小其使用的內(nèi)存空間。段頁式系統(tǒng)結(jié)合了分頁系統(tǒng)和段式系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，它將物理內(nèi)存劃分為多個(gè)頁面，并將每個(gè)頁面映射到一個(gè)段中。這樣既實(shí)現(xiàn)了程序的動(dòng)態(tài)增長或縮小，又保證了內(nèi)存空間的隔離和保護(hù)。分頁系統(tǒng)段式系統(tǒng)段頁式系統(tǒng)虛擬存儲(chǔ)器的實(shí)現(xiàn)方式PART02虛擬存儲(chǔ)器的工作原理2023REPORTING03頁式存儲(chǔ)管理的頁面置換算法當(dāng)需要新的頁面進(jìn)入內(nèi)存時(shí)，根據(jù)頁面置換算法選擇一個(gè)當(dāng)前不在內(nèi)存中的頁面進(jìn)行替換。01頁式存儲(chǔ)管理的基本思想將內(nèi)存劃分為大小相等的固定塊，稱為物理塊或頁框，每個(gè)物理塊存放一個(gè)進(jìn)程的若干個(gè)頁面。02頁式存儲(chǔ)管理的地址映射通過頁表實(shí)現(xiàn)邏輯地址到物理地址的映射，頁表記錄了每個(gè)邏輯頁面的物理地址。頁式存儲(chǔ)管理

段式存儲(chǔ)管理段式存儲(chǔ)管理的基本思想將內(nèi)存劃分為大小不等的段，每個(gè)段存放一個(gè)進(jìn)程的一個(gè)段或節(jié)。段式存儲(chǔ)管理的地址映射通過段表實(shí)現(xiàn)邏輯地址到物理地址的映射，段表記錄了每個(gè)邏輯段的起始地址和長度。段式存儲(chǔ)管理的優(yōu)點(diǎn)可以方便地實(shí)現(xiàn)分段保護(hù)和動(dòng)態(tài)鏈接，有利于實(shí)現(xiàn)模塊化和信息保密。段頁式存儲(chǔ)管理結(jié)合了頁式和段式的思想，將內(nèi)存劃分為大小相等的物理塊，同時(shí)將每個(gè)進(jìn)程劃分為若干個(gè)段，每個(gè)段再劃分為若干個(gè)頁面。段頁式存儲(chǔ)管理的地址映射通過段表、頁表和段頁表實(shí)現(xiàn)邏輯地址到物理地址的映射。段頁式存儲(chǔ)管理的優(yōu)點(diǎn)可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)分段保護(hù)和分頁保護(hù)，提高了內(nèi)存利用率和系統(tǒng)效率。段頁式存儲(chǔ)管理的基本思想指在訪問內(nèi)存時(shí)，能夠直接訪問到所需數(shù)據(jù)的概率。命中率越高，說明虛擬存儲(chǔ)器的效率越高。命中率缺頁率響應(yīng)時(shí)間指在訪問內(nèi)存時(shí)，需要從外存調(diào)入所需數(shù)據(jù)的概率。缺頁率越低，說明虛擬存儲(chǔ)器的效率越高。指從發(fā)出訪問請求到得到所需數(shù)據(jù)所需要的時(shí)間。響應(yīng)時(shí)間越短，說明虛擬存儲(chǔ)器的效率越高。030201虛擬存儲(chǔ)器的性能指標(biāo)PART03虛擬存儲(chǔ)器的實(shí)現(xiàn)技術(shù)2023REPORTING請求分頁存儲(chǔ)管理請求分頁存儲(chǔ)管理是一種將主存劃分為固定大小的頁框，并按照一定規(guī)則將邏輯地址劃分為固定大小的頁的存儲(chǔ)管理方式。當(dāng)程序運(yùn)行時(shí)，如果訪問的邏輯地址所對應(yīng)的頁不在主存，則產(chǎn)生缺頁中斷，系統(tǒng)將根據(jù)請求的頁號和內(nèi)存狀態(tài)來決定是否將該頁調(diào)入主存。如果內(nèi)存已滿，則需要根據(jù)某種算法（如先進(jìn)先出、最久未使用等）選擇一頁進(jìn)行替換。請求分段存儲(chǔ)管理030201請求分段存儲(chǔ)管理是一種將主存劃分為長度可變的段框，并按照一定規(guī)則將邏輯地址劃分為長度可變的段的存儲(chǔ)管理方式。當(dāng)程序運(yùn)行時(shí)，如果訪問的邏輯地址所對應(yīng)的段不在主存，則產(chǎn)生缺段中斷，系統(tǒng)將根據(jù)請求的段號和內(nèi)存狀態(tài)來決定是否將該段調(diào)入主存。如果內(nèi)存已滿，則需要根據(jù)某種算法（如最久未使用等）選擇一框進(jìn)行替換。請求段頁式存儲(chǔ)管理是一種結(jié)合了分頁和分段存儲(chǔ)管理方式的存儲(chǔ)管理方式。當(dāng)程序運(yùn)行時(shí)，如果訪問的邏輯地址所對應(yīng)的段或頁不在主存，則產(chǎn)生缺段或缺頁中斷，系統(tǒng)將根據(jù)請求的段號或頁號和內(nèi)存狀態(tài)來決定是否將該段或頁調(diào)入主存。如果內(nèi)存已滿，則需要根據(jù)某種算法（如最久未使用等）選擇一框進(jìn)行替換。在請求段頁式存儲(chǔ)管理中，先將主存劃分為固定大小的頁框，再將邏輯地址劃分為固定大小的頁，但每頁內(nèi)部可以再劃分為若干個(gè)長度可變的段。請求段頁式存儲(chǔ)管理PART04虛擬存儲(chǔ)器的應(yīng)用場景2023REPORTING虛擬存儲(chǔ)器通過將部分?jǐn)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)移到磁盤上，釋放內(nèi)存空間，使得大規(guī)模數(shù)據(jù)處理更加高效。虛擬存儲(chǔ)器能夠提高內(nèi)存利用率，避免內(nèi)存資源的浪費(fèi)，降低硬件成本。大規(guī)模數(shù)據(jù)處理場景中，虛擬存儲(chǔ)器能夠提供足夠的內(nèi)存空間，滿足大量數(shù)據(jù)同時(shí)處理的需求。大規(guī)模數(shù)據(jù)處理云計(jì)算平臺(tái)需要處理大量用戶請求和數(shù)據(jù)，虛擬存儲(chǔ)器能夠提供可伸縮的內(nèi)存空間。虛擬存儲(chǔ)器能夠提高云計(jì)算平臺(tái)的可用性和可靠性，確保服務(wù)的連續(xù)性。虛擬存儲(chǔ)器能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)隔離和安全控制，保護(hù)用戶數(shù)據(jù)的安全和隱私。云計(jì)算平臺(tái)實(shí)時(shí)系統(tǒng)要求快速響應(yīng)和精確控制，虛擬存儲(chǔ)器能夠提供穩(wěn)定的內(nèi)存訪問速度。虛擬存儲(chǔ)器能夠?qū)崿F(xiàn)內(nèi)存空間的動(dòng)態(tài)分配，滿足實(shí)時(shí)系統(tǒng)對資源的需求。虛擬存儲(chǔ)器能夠提高實(shí)時(shí)系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性，確保系統(tǒng)的正常運(yùn)行。實(shí)時(shí)系統(tǒng)PART05虛擬存儲(chǔ)器的未來發(fā)展2023REPORTING內(nèi)存計(jì)算技術(shù)是一種將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在內(nèi)存中，直接從內(nèi)存進(jìn)行計(jì)算的技術(shù)。與傳統(tǒng)的磁盤存儲(chǔ)相比，內(nèi)存計(jì)算具有更高的數(shù)據(jù)訪問速度，能夠顯著提高計(jì)算性能。目前，內(nèi)存計(jì)算技術(shù)已經(jīng)在數(shù)據(jù)庫、大數(shù)據(jù)處理、機(jī)器學(xué)習(xí)等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，未來還有望在更多領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。隨著硬件技術(shù)的不斷發(fā)展，內(nèi)存容量和帶寬得到了大幅提升，為內(nèi)存計(jì)算技術(shù)的發(fā)展提供了有力支持。內(nèi)存計(jì)算技術(shù)分布式虛擬存儲(chǔ)器是一種將多個(gè)物理存儲(chǔ)設(shè)備通過網(wǎng)絡(luò)連接起來，形成一個(gè)邏輯上的虛擬存儲(chǔ)器的技術(shù)。通過分布式虛擬存儲(chǔ)器，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的分布式存儲(chǔ)和訪問，提高了存儲(chǔ)系統(tǒng)的可靠性和可擴(kuò)展性。隨著云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等技術(shù)的不斷發(fā)展，分布式虛擬存儲(chǔ)器的應(yīng)用場景越來越廣泛，已經(jīng)成為存儲(chǔ)領(lǐng)域的重要發(fā)展方向之一。分布式虛擬存儲(chǔ)器基于人工智能的虛擬存儲(chǔ)器優(yōu)化是一種利用人工智能技術(shù)對虛擬存儲(chǔ)器進(jìn)行智能管理和優(yōu)化的技術(shù)。通過人工智能技