虚拟内存一
一、什么是虚拟内存
虚拟内存是对主存的抽象概念。它将主存看做是一个存储在磁盘上的地址空间的高速缓存，在主存中只保存活动区域，并根据需要再主存和磁盘之间传输数据。
有了虚拟内存，进程不必将所有数据都装入主存，只需要将一部分活动的块装入内存即可。这加大了系统的并发度、
任何时候都在内存中的部分称为进程的常驻集。
根据局部性原理，在任何一段很短的时间里，执行可能会限制在很小的一段程序中，仅可能访问少数数据数组。因此，虚拟内存将进程的一部分装入主存的做法是可行的。当cpu需要的数据不在主存中，会触发缺页中断，中断处理程序会将所需的页读入主存。
二、虚拟内存的实现
1.分页
分页是虚拟内存实现的前提。磁盘上的虚拟地址空间同样被分成一系列和页框大小相同的页，进程在执行时将一部分页缓存到主存中。
每个进程同样维护一个页表，页表项上需要有一位来表示它对应的页是否被装入主存。还需要一个控制位是修改位，来表示相应页的内容从上次装入内存到现在是否被修改。若被修改，则该页换出时需要将数据写回磁盘中。
地址转换
虚拟地址的页号用于检索页表，查询相应页框号，并与虚拟地址的偏移量结合起来形成物理地址
转换检测缓冲区
由于每次地址转换都会发生两次主存访问，一次读，一次取。所以大多虚存方案为页表提供了一个特殊的高速缓存，称为转换检测缓冲区（TLB）。给定一个虚拟地址，cpu先检查TLB，若所需的页表项在TLB中（TLB命中），则检索页框号并形成物理地址。否则访问主存，并将相应页表项载入TLB中。
多级页表
由于每个进程都有一个页表，所以页表可能会很大，所以大多虚存系统在虚存中保存页表。一个进程在运行时，它的页表至少有一部分在主存中。为了减少从磁盘中读页表锁耗费的时间，通常组织多级页表，即在页表上组织页目录，每个页目录指向一个页表（可以理解为页表的稀疏索引）。
这样一来可以将比较小的页目录装入主存中，来减少读磁盘的次数。
倒排页表
上述页表的缺陷是，页表大小与虚拟地址空间大小成正比。倒排页表，顾名思义，它与常规页表相反，存储的是有关每个物理页框的信息，所以倒排页表项与物理内存页框有一一对应关系，它所包含的表项数量较少。
在这种方法中，虚拟地址的页号部分使用一个简单的散列函数映射到散列表中。散列表包含一个指向倒排表的指针,而倒排表中含有页表项.通过这个结构,散列表和倒排表中各有一项对应于一个实存页.因此,不论有多少个进程、支持多少虚拟页，页表的大小都是固定的。
地址转换时，虚拟地址的页号散列到倒排页表的页框号。然后通过配合进程位来确定这个页框中存的页是否是该进程的数据。通过链地址法来消除冲突。
二、分段
分段允许程序员把内存视为由多个地址空间或段组成，段大小不等，内存访问以短号和偏移量构成
1.地址转换
2.优点
1.简化了对不断增长的数据结构的处理
2.允许程序独立地改变或重新编译，而不要求整个程序集重新链接或加载
3.有助于进程间的共享
4.有助于保护
三、段页式
段页式系统中，用户地址空间被程序员划分成多个段，每段依次划分为多个页，页长度等于页框大小。使用一个寄存器记录该进程段表的起始地址。对于每个虚拟地址，处理器用段号部分来检索进程段表以寻找该段的页表。
