构造虚拟储存器必须具备哪些条件？

Question

2.构造虚拟储存器必须具备哪些条件？有一计算机系统，内存容量为512KB，辅存容量为2GB，逻辑地址形式如下：
段号 段内地址
32 10 9 0
求其虚拟存储器的实际容量？

Answer 1

　　cache存储器、主存和辅存是构成虚拟存储器的重要部分，cache和主存构成了系统的内存，而主存和辅存依靠辅助软硬件的支持构成了虚拟存储器。
　　一、异构体系

　　从虚存的概念可以看出，主存-辅存的访问机制与cache-主存的访问机制是类似的。这是由cache存储器、主存和辅存构成的三级存储体系中的两个层次。cache和主存之间以及主存和辅存之间分别有辅助硬件和辅助软硬件负责地址变换与管理，以便各级存储器能够组成有机的三级存储体系。cache和主存构成了系统的内存，而主存和辅存依靠辅助软硬件的支持构成了虚拟存储器。
　　在三级存储体系中，cache-主存和主存-辅存这两个存储层次有许多相同点:
　　(1)出发点相同:二者都是为了提高存储系统的性能价格比而构造的分层存储体系，都力图使存储系统的性能接近高速存储器，而价格和容量接近低速存储器。
　　(2)原理相同:都是利用了程序运行时的局部性原理把最近常用的信息块从相对慢速而大容量的存储器调入相对高速而小容量的存储器。
　　但cache-主存和主存-辅存这两个存储层次也有许多不同之处:
　　(1)侧重点不同:cache主要解决主存与CPU的速度差异问题;而就性能价格比的提高而言，虚存主要是解决存储容量问题，另外还包括存储管理、主存分配和存储保护等方面。
　　(2)数据通路不同:CPU与cache和主存之间均有直接访问通路，cache不命中时可直接访问主存;而虚存所依赖的辅存与CPU之间不存在直接的数据通路，当主存不命中时只能通过调页解决，CPU最终还是要访问主存。
　　(3)透明性不同:cache的管理完全由硬件完成，对系统程序员和应用程序员均透明;而虚存管理由软件(操作系统)和硬件共同完成，由于软件的介入，虚存对实现存储管理的系统程序员不透明，而只对应用程序员透明(段式和段页式管理对应用程序员"半透明")。
　　(4)未命中时的损失不同:由于主存的存取时间是cache的存取时间的5~10倍，而主存的存取速度通常比辅存的存取速度快上千倍，故主存未命中时系统的性能损失要远大于cache未命中时的损失。
　　二、关键问题

　　(1)调度问题:决定哪些程序和数据应被调入主存。
　　(2)地址映射问题:在访问主存时把虚地址变为主存物理地址(这一过程称为内地址变换);在访问辅存时把虚地址变成辅存的物理地址(这一过程称为外地址变换)，以便换页。此外还要解决主存分配、存储保护与程序再定位等问题。
　　(3)替换问题:决定哪些程序和数据应被调出主存。
　　(4)更新问题:确保主存与辅存的一致性。
　　在操作系统的控制下，硬件和系统软件为用户解决了上述问题，从而使应用程序的编程大大简化。
　　三、工作原理

　　虚拟存储器是由硬件和操作系统自动实现存储信息调度和管理的。它的工作过程包括6个步骤:
　　①中央处理器访问主存的逻辑地址分解成组号a和组内地址b，并对组号a进行地址变换，即将逻辑组号a作为索引，查地址变换表，以确定该组信息是否存放在主存内。
　　②如该组号已在主存内，则转而执行④;如果该组号不在主存内，则检查主存中是否有空闲区，如果没有，便将某个暂时不用的组调出送往辅存，以便将这组信息调入主存。
　　③从辅存读出所要的组，并送到主存空闲区，然后将那个空闲的物理组号a和逻辑组号a登录在地址变换表中。
　　④从地址变换表读出与逻辑组号a对应的物理组号a。
　　⑤从物理组号a和组内字节地址b得到物理地址。
　　⑥根据物理地址从主存中存取必要的信息。

Answer 2

首都医科大学，操作系统选修课第三次作业！