虛擬存儲(chǔ)技術(shù)原理

虛擬存儲(chǔ)器是根據(jù)程序的邏輯地址轉(zhuǎn)換來(lái)的，也稱(chēng)線性地址空間。一般每個(gè)進(jìn)程，甚至每個(gè)段都有一個(gè)，以32位為例，則每個(gè)最大可達(dá)4G。

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

但由于程序的兩個(gè)局部性原理，在一個(gè)時(shí)刻，程序只在一個(gè)比較小的范圍內(nèi)運(yùn)行。所以我們把程序可能用到的整個(gè)存儲(chǔ)空間分成一個(gè)個(gè)相同大小的頁(yè)(按頁(yè)管理硬件上容易實(shí)現(xiàn))，只把其中的一些頁(yè)放在主存中，而其它的頁(yè)則等需要時(shí)再建，或放在輔存(磁盤(pán))中。同時(shí)建立一個(gè)頁(yè)表，對(duì)應(yīng)于每一頁(yè)，如果該頁(yè)在主存中，則頁(yè)表記錄它在主存中的地址；如果不在主存中，則在頁(yè)表上作不在主存的標(biāo)記。

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

就象一個(gè)預(yù)計(jì)有一萬(wàn)學(xué)生的學(xué)校，理論上每個(gè)學(xué)生都應(yīng)有一個(gè)位子上課(一萬(wàn)個(gè)虛擬位子)，而學(xué)校只有一千個(gè)(物理)位子。但實(shí)際上，學(xué)校也不會(huì)一萬(wàn)個(gè)人同時(shí)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(hào)分班(頁(yè))管理。每個(gè)班要么一起上課(主存)，要么一起呆在寢室(磁盤(pán))。而在學(xué)校保留一個(gè)動(dòng)態(tài)表(頁(yè)表)表明每個(gè)班在哪兒(物理地址)上課，或者沒(méi)上課(不在主存)?，F(xiàn)在假設(shè)我們想按學(xué)號(hào)找一個(gè)同學(xué)，而且是女同學(xué)，只能在教室說(shuō)話，呵呵。那么：

先算出來(lái)是哪個(gè)班的，查動(dòng)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(gè)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(gè)同學(xué)。

動(dòng)態(tài)表(頁(yè)表)的大?。奖眄?xiàng)數(shù)＊每個(gè)表項(xiàng)所需的位數(shù)。

表項(xiàng)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(yè)大小)

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

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

4G(32-bit)的存儲(chǔ)空間，如果按4K分頁(yè)，則可分1M頁(yè)。每個(gè)頁(yè)表項(xiàng)為4B，則一個(gè)頁(yè)表大小為4MB。由于頁(yè)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(xiě)速度。而同樣基于局部性原理，整個(gè)頁(yè)表在某一時(shí)刻，所用的也僅僅幾頁(yè)而已。所以我們把某段時(shí)間經(jīng)常用的幾個(gè)頁(yè)表項(xiàng)，即常用的虛擬頁(yè)號(hào)和其對(duì)應(yīng)的物理頁(yè)地址，存在Cache中，即TLB。

這樣，當(dāng)程序需要調(diào)用某個(gè)存儲(chǔ)單元的內(nèi)容時(shí)，先根據(jù)它的線性地址，算出其所在的頁(yè)。先查T(mén)LB(比較虛擬頁(yè)號(hào))，如果有相同的虛擬頁(yè)號(hào)，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(méi)有相同的虛擬頁(yè)號(hào)，則說(shuō)明該頁(yè)沒(méi)有記錄在TLB中，那再去查頁(yè)表，按page fault中所說(shuō)的進(jìn)行。

TLB像我們隨身記錄電話的小紙片，當(dāng)要查一個(gè)電話時(shí)，我們先看小紙片。有，我們可以直接打電話。如果沒(méi)有，我們?cè)倩丶也樵敿?xì)的電話號(hào)碼簿(頁(yè)表)，再打電話。