本文已参加「新人创造礼」活动，一同开启掘金创造之路。
一、运用虚拟存储器的原因
- 程序的可寻址地址空间大于主存的实际容量
- 实际运用的内存空间大于主存的实际容量
- 多个进程的地址空间堆叠，每个进程理论上能够运用悉数内存
二、虚拟存储器的层次化存储结构
虚拟存储器的核心思想：将一部分数据存储在硬盘上，进步内存的存储才能
存储在硬盘上的部分称为页面文件(page file)
| 项目\存储器类型 | 高速缓存 | 虚存 |
|---|---|---|
| 上层存储器 | – | 主存 |
| 基层存储器 | 主存 | 硬盘 |
| 存储单元 | 块 | 页 |
| 上层地址 | 块号+偏移 | 物理地址 |
| 基层地址 | 内存地址 | 虚拟地址 |
| 映射机制 | 内存地址转为缓存地址 | 细泥底质转为物理地址 |
| 失效 | 缓存失效 | 页面毛病 |
| 上层已满的处理 | 缓存块替换 | 页替换 |
三、页
将每个进程的虚拟内存和体系物理内存划分为固定巨细的数据单元，称为页(Page)
在物理内存中仅保存一部分进程的一部分页，虚拟内存页（虚页）需求经过地址转化为物理内存中的页
物理内存中的页称为页面(Frame/Page Frame)
页表
页表保存了每个进程的虚拟内存页与物理内存页的地址转化关系，一般保存在内存里
每个进程有独立的页表
四、虚存地址转化
和缓存类似，虚拟内存相同经过对地址的分化实现地址转化
虚拟地址分为两个字段
- 页编号（Page No.）：该页在虚拟内存中的编号
- 页内偏移值（Offset）：该地址在虚拟内存中对应页内的偏移值
物理地址分为两个字段
- 页面编号（Frame No.）：该页在物理内存中对应的页面编号
- 页内偏移值（Offset）：该地址在对应页面中的偏移值
例：假定一个按字节寻址的体系支持13位虚拟地址，物理内存选用12位地址，页面巨细为1024B，求以上字段长度
虚拟地址共13位
偏移值长度=log2(1024)=10
页编号长度=13-10=3
物理地址共12位
偏移值长度=log2(1024)=10
页编号长度=12-10=2
例：假定一个按字节寻址的13位体系，物理内存巨细为4KB，页面巨细为1KB，且进程1的页表如下，请问下列虚拟地址对应的物理内存地址别离是多少?
- 0x1553
- 0x0802
- 0x1004
由上图知道：
虚拟地址中：Page规模0~7，因而虚页号长度为log2(8)=3,偏移量10
物理地址中：Frame规模0~3，页号长度为2，偏移量10
1.
0x1553=101 0101010011，查第五页，页面编号1，有用位1
物理地址=01 0101010011=0x0553
2.
0x0802=010 0000000010，查第二页，页面编号0，有用位1
物理地址=00 0000000010=0x0002
3.
0x1004=100 0000000100，查第四页，页不在内存中，产生页面毛病
分页内存办理的有用拜访时刻
拜访一次虚拟内存需求两次内存拜访：第一次拜访页表，第2次拜访物理地址
例：假定拜访主存时刻为200ns，产生页面失效的处理时刻是10ms，求页面是功率是1%和0%的有用拜访时刻
1.失功率1%
t = 99% (200ns+200ns) + 1% 10ms = 100396ns
2.失功率0%
t = 200ns+200ns = 400ns
留意两次内存拜访
五、转译后备缓冲器(TLB)
以下是设计初衷：
- 为了削减拜访内存的时刻：运用高速缓存
- 为了削减拜访页表的开支：运用转化后备缓冲器(Translation Lookaside Buffer, TLB)
TLB用以进步拜访页表的功率
TLB的原理经过层次化存储结构进步拜访页表的速度，TLB是特殊的缓存，其保存虚拟页编号到物理页面编号的映射，一般选用相联缓存实现
运用TLB的页面拜访过程
- 从虚拟地址中提取出页号和偏移值
- 在TLB中查找虚拟页号对应的表项
- 假如找到，则用对应的物理页号和偏移值生成物理地址
- 假如未找到，需求拜访内存中的页表
- 假如该页在主存中，依据页表中的页面编号和偏移值生成物理地址，并更新TLB
- 不然产生页面毛病，触发中止，一般中止程序需求将页面加载到内存中，更新页表和TLB
