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存储模型(2)
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发布时间:2019-03-11

本文共 1062 字,大约阅读时间需要 3 分钟。

存储模型(2)

存储模型是计算机体系结构中一个核心主题,主要探讨如何在有限的物理存储空间内,通过逻辑划分实现高效的存储管理。本节将深入探讨虚拟存储技术、页表及页表项的设计、地址转换过程及TLB引入等关键技术。

8.1 虚拟存储技术

虚拟存储技术是现代计算机体系结构的重要特征,它通过逻辑分割物理内存,提供给程序一个假想的连续内存空间。这种技术能够有效缓解内存不足问题,同时支持多任务并发执行的需求。虚拟存储管理器(VMM)是这一过程的核心实现模块,通过分页和交换机制,维护物理内存与逻辑内存之间的对应关系。

8.2 页表及页表项的设计

在虚拟存储体系中,页表是实现逻辑地址到物理地址的映射核心机制。页表项包含页框号、有效位、修改位、写锁位、读锁位以及页表条目式等字段。这些字段共同作用于内存管理单元(MMU)在地址转换过程中的决策,使得系统能够高效地进行内存访问和管理。页表的设计直接影响着系统的性能和效率。

8.3 地址转换过程及TLB的引入

地址转换是虚拟存储管理中的关键环节。在没有TLB的情况下,MMU通过查页表项逐步完成地址转换,这种方法在频繁的地址转换时会带来性能瓶颈。为解决这一问题,TLB( Translation Lookaside Buffer )被引入,其作用是缓存频繁使用的页表项,减少对页表的频繁访问,使得地址转换过程更为高效。

8.4

(本节内容待补充)

8.5 软件相关策略

软件层面对虚拟存储管理的支持至关重要。现代操作系统通过置换算法、内核结构设计以及虚拟化技术(如虚拟机和容器)的实现,充分发挥了虚拟存储技术的优势。合理的软件策略能够显著提升系统的性能和稳定性,为复杂的存储管理场景提供灵活的解决方案。

8.6 页面置换算法1

页面置换算法是虚拟存储管理中核心技术之一。常见的有FIFO(先进后出)、LRU(最近使用替换)、LFU(远近用于替换)等算法。每种算法都有其适用场景,选择合适的置换算法对系统性能有着直接影响。

8.7 页面置换算法2—工作集算法

工作集算法是页面置换中的另一种重要技术,通过跟踪程序的工作集(即程序最近使用的内存块),决定哪些页面需要保留,哪些页面需要替换。这种算法能够有效地减少页面的置换次数,提升系统性能。

8.8 其他相关技术

除了上述技术,虚拟存储体系中还有 Forcedirect Memory Access(DMA)技术、内存分区技术、内存排定技术等,这些技术共同构成了一套完整的内存管理体系。理解并掌握这些技术对于开发高性能计算系统具有重要意义。

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