虛擬存儲技術(shù)原理

虛擬存儲器是根據(jù)程序的邏輯地址轉(zhuǎn)換來的，也稱線性地址空間。一般每個進(jìn)程，甚至每個段都有一個，以32位為例，則每個最大可達(dá)4G。

而主存目前一般為百M。因此程序中所指的存儲單元并不能都放到主存中，也就是并不是每個程序所用的存儲單元，都有具體的物理的存儲器單元與之對應(yīng)。

但由于程序的兩個局部性原理，在一個時刻，程序只在一個比較小的范圍內(nèi)運行。所以我們把程序可能用到的整個存儲空間分成一個個相同大小的頁(按頁管理硬件上容易實現(xiàn))，只把其中的一些頁放在主存中，而其它的頁則等需要時再建，或放在輔存(磁盤)中。同時建立一個頁表，對應(yīng)于每一頁，如果該頁在主存中，則頁表記錄它在主存中的地址；如果不在主存中，則在頁表上作不在主存的標(biāo)記。

這樣，當(dāng)程序需要調(diào)用某個存儲單元的內(nèi)容時，先根據(jù)它的線性地址，算出其所在的頁。查頁表，看是不是在主存中？如果在，則直接存取。如果查到頁表上是不在的標(biāo)記，那就是一個page fault。要把主存中的某一頁(LRU策略)換到磁盤上，把要訪問的那個單元所在的頁調(diào)入主存，再進(jìn)行存取。

就象一個預(yù)計有一萬學(xué)生的學(xué)校，理論上每個學(xué)生都應(yīng)有一個位子上課(一萬個虛擬位子)，而學(xué)校只有一千個(物理)位子。但實際上，學(xué)校也不會一萬個人同時上課，只要讓上課的同學(xué)有位子(在主存中)，而其它同學(xué)只要留下聯(lián)系方法能找到就好。為了降低管理的復(fù)雜性，我們采用按學(xué)號分班(頁)管理。每個班要么一起上課(主存)，要么一起呆在寢室(磁盤)。而在學(xué)校保留一個動態(tài)表(頁表)表明每個班在哪兒(物理地址)上課，或者沒上課(不在主存)?，F(xiàn)在假設(shè)我們想按學(xué)號找一個同學(xué)，而且是女同學(xué)，只能在教室說話，呵呵。那么：

先算出來是哪個班的，查動態(tài)表，看該班是否在教室。在，直接按位置找到(hit)；不在(page fault)，要先找個不上課的班趕回寢室，把要找女生所在的班調(diào)到教室，再按位置找那個同學(xué)。

動態(tài)表(頁表)的大小＝表項數(shù)＊每個表項所需的位數(shù)。

表項數(shù)＝虛擬班數(shù)＝虛擬人數(shù)(虛擬地址空間)/每班人數(shù)(每頁大小)

每個表項的位數(shù)＝Log(教室數(shù))+適當(dāng)控制位數(shù)

教室數(shù)＝實際可以上課的人數(shù)(物理地址空間)/每班人數(shù)(每頁大小)
虛擬地址換算：
TLB miss：

4G(32-bit)的存儲空間，如果按4K分頁，則可分1M頁。每個頁表項為4B，則一個頁表大小為4MB。由于頁表太大，只能放在主存中。這樣每次讀內(nèi)存都要讀主存，大大影響讀寫速度。而同樣基于局部性原理，整個頁表在某一時刻，所用的也僅僅幾頁而已。所以我們把某段時間經(jīng)常用的幾個頁表項，即常用的虛擬頁號和其對應(yīng)的物理頁地址，存在Cache中，即TLB。

這樣，當(dāng)程序需要調(diào)用某個存儲單元的內(nèi)容時，先根據(jù)它的線性地址，算出其所在的頁。先查TLB(比較虛擬頁號)，如果有相同的虛擬頁號，則就可以馬上知道其所在的物理地址，根據(jù)物理地址進(jìn)行存取。

如果沒有相同的虛擬頁號，則說明該頁沒有記錄在TLB中，那再去查頁表，按page fault中所說的進(jìn)行。

TLB像我們隨身記錄電話的小紙片，當(dāng)要查一個電話時，我們先看小紙片。有，我們可以直接打電話。如果沒有，我們再回家查詳細(xì)的電話號碼簿(頁表)，再打電話。