定义
- 虚拟存储器：将主存和辅存统一管理，给用户提供比实际内存大得多的地址空间
- 程序运行时只将当前需要的部分装入内存，其余在辅存
- 虚拟空间大小由地址宽度决定（32 位→4GB，64 位→16EB）
- 以时间换空间：利用外存扩展内存逻辑容量
理论基础：局部性原理（Locality Principle）
- 时间局部性：刚被访问的数据近期很可能再次被访问（如循环体）
- 空间局部性：刚被访问的数据附近的地址很可能被访问（如数组遍历）
- 程序执行时有热点区域（循环、子程序调用），一段时间内仅访问少数页
- 基于此，无需一次性装入全部程序
实现方式
虚拟页式存储的页表结构
较普通页表更复杂，页表项包含：
| 字段 | 说明 |
|---|---|
| 合法位（Valid） | 1=在内存，0=在外存 |
| 修改位（Modified） | 是否被修改（决定淘汰时是否回写） |
| 页类型 | 零页/swap 区/文件映射（决定缺页处理方式） |
| 保护码 | 读写执行权限 |
| 外存块号 | 页在外存的位置 |
| 物理页帧号 | 在内存时的页帧号 |
Swap 分区（交换区）
- 硬盘上专门划分的交换区空间
- 代码页：从程序文件读入（只读，无需回写）
- 数据页：运行中可能修改，需回写到 swap 区
- 零页（未初始化数据）：在内存中直接清零，不从外存读
重点 缺页中断处理流程
- CPU 发出逻辑地址，MMU 查页表
- 合法位 = 0（页不在内存）→ 产生缺页中断（硬件 trap）
- 进入缺页中断处理子程序
- 申请空闲页帧：
- 有空闲 → 直接分配
- 无空闲 → 按 页面置换策略 淘汰一页
- 检查页类型：
- 零页 → 物理页帧清零
- 非零页 → 从外存读入数据到页帧
- 填写页表项（页帧号、合法位置 1）
- 恢复执行访存指令
页淘汰流程
- 检查淘汰页的修改位：
- 未修改 → 合法位清零，页帧回收（无需 I/O）
- 已修改 → 需回写到外存（分配 swap 空间，调用 I/O 子系统）
- 页帧回收，更新页表项（合法位清零，更新外存块号）
关键问题
- 调入策略：何时调入（请求调页 vs 预调页）、调入多少
- 放置策略：放在内存何处
- 置换策略：内存满时选择哪个页/段调出 → 见 页面置换策略
重点 虚存访问过程
- CPU 发出逻辑地址
- MMU 查询页表
- 页在内存中 → 形成物理地址访问
- 页不在内存中 → 缺页中断 → 从磁盘调入 → 更新页表 → 重新执行
抖动（Thrashing）
- 定义：页面频繁在内存和外存间调入调出，系统效率急剧下降
- 原因：置换算法不合理 / 驻留集太小（工作集 > 物理内存）
- 解决：动态调整进程驻留集大小（工作集模型、缺页频率控制 PFF）