当前课程知识点:计算机文化基础 > 第4课:最熟悉的陌生人APP > 操作系统拥有什么样的神力? > 虚拟存储技术
那好
我们再来看一下
操作系统的另外一个神力
虚拟存储
也就是我们的内存管理这一部分
我们来看
理想中的存储器就是
更大更快更便宜
并且是非易失性的
这样的存储器
但是现实中的存储器呢
考虑到一个性价比的问题
我们会看到
存储器是一个分层体系
它越靠近CPU的
它的读写速度就越接近CPU的节奏
但是太过昂贵
因此
容量也就只能做的越来越小
相反
远离CPU的
这样的存储装置
它的空间和价格
都非常的合适
但是
我们可以看到
它的读写的毫秒级的这个响应速度
就远远低于纳秒级
所以我们经常看到
半导体的这个存储装置
工作在纳秒级的
这样的一些存储装置
我们把它称之为叫内存
因为它封装在主机内部
而我们经常接触到的
性价比更高的
大容量的这些存储装置
我们把它称之为
外部存储装置
我们的硬盘
我们的光盘
以及我们便携式的U盘
那么内存的管理
它要考虑的就是
如何在这样的一个存储体系当中
获得更大的更快的这样的一个存储空间
在内存管理当中
我们主要来强调的是虚拟存储
那虚拟存储是什么
为什么需要虚拟存储
我们看
在摩尔定律当中
我们让计算资源和存储资源的
单位成本都越来越低
性能都越来越好
但似乎都逃不了
安迪-比尔定律的宿命
硬件技术发展
带来的提升空间
很快就会被软件
特别是庞大的软件给吞噬了
最典型的就要属
游戏软件了
在这里 我给大家举一个
相对来说可能有点久远的
三国志这个游戏系列
以这个游戏为例
目前它已经升级到12代
我们从第一代1985年
游戏的尺寸在437KB
这样的一个个头
到了第八代
2001年
它就激增到了138MB
这样的一个尺寸
15年间
这个游戏的个头
就增加了300多倍
更不用说现在流行的一些
像阿凡达视觉效果的3D游戏了
它需要更大的一个内存空间
所以现实的问题就是我们的
内存空间的增速
远远不够我们的应用软件的一个需求
所以我们需要得到
虚拟技术的一个支持
那么虚拟技术
它给我们带来一个什么样的问题
就是让我们解决一个现实的问题
能否运行比实际内存大的程序
所以不仅仅是游戏玩家要面对的问题
普通用户也希望自己能同时跑
更多的应用程序
不要困于有限的内存空间
怎么做到这一点
我们来看
这就是内存管理当中的虚拟存储技术
这个技术是在非连续存储内存分配的基础上
动用了一部分的外存空间
将它们虚拟为
内存空间提供分配
这样做的目的
就是为了获得更大的内存空间
原来
我们说
程序是必须要调入内存
才能够执行的
但现在我们可以把它改成为
程序是必须在它执行的时候
要全部装入虚拟内存当中
只要保证
待执行的这一部分指令和数据
真正的放在
真正的物理内存当中
就能够被CPU及时访问到
想想看
如果待执行的那一部分数据和指令
没有在内存当中
而是在虚存当中
也就是在外部的存储空间这一部分
那么在CPU要执行它的时候
就必然要涉及到一个
从虚存当中
调用到真正的内存
这样的一个操作
实际上这样的一个操作
就使得我们刚才看到的
真正的物理内存的一个纳秒级的响应
就降到了一个毫秒级
这就把性能大大的打了一个折扣
这是不是有一点得不偿失呢
那为什么还要这样来做
很明显
这样的方法就要解决好刚才我们说的
覆盖和交换这个问题
把CPU要执行的指令和数据
要及时的交换到真正的物理内存空间当中来
能保证这一点的
就是程序的局部性的原理
什么是程序局部性原理
程序的执行有一定的局部性的规律
这个规律怎么来体现呢
第一点
程序在执行的时候
它的大部分都是在顺序执行的指令
所以它就可以预测到下一条指令
少部分
才是转移和过程调用
这样的跳转指令
而跳转的时候
多数又是一些循环结构
这些循环结构
它们都由一些少量的指令组成
而且会被多次执行
所以在时间的局部性上
也体现了出来
同时
我们也还会发现
很多程序编写的时候
采用的数据结构
的操作局限在较小的范围内
比如像数组等等
所以我们就知道
有了一个空间的局部性
所以时间的局部性
空间的局部性
也就使得我们在使用虚存的时候
能够在性能上得到一定的保证
值得一试
所以说
虚拟存储技术
就是在内存和外存之间
通过了软件功能和必要的硬件支持
使得内存和外存之间
进行了一个信息的交换
程序的重定位
等等这样的一系列的这样的一些操作
从而使内存和外存
形成了一个有机的整体
让我们普通用户
或者是程序员
以及开发的应用程序看来
它获得了一个更大的一个内存
所以我们可以看到
在操作系统的内存管理当中
它的虚存技术
就把它的虚存地址
和它的实存地址的转换细节
包揽了下来
而使得我们的程序
我们的程序员
我们的用户
获得了一个
更大的一个内存
所以作为我们不同用户
我们必要的时候
还可以通过我们的
操作系统所带有的这些系统工具
来设置一个恰当的一个虚存空间
那好了
我们现在可能有一个问题
那就是作为大硬盘的用户可以考虑一下
就是我既然有富富有余的
这样一个硬盘空间
我的虚存空间
是否要设置得越大越好呢
大家考虑考虑
如果设置得越大越好
命中率是否能够得到保证
那么覆盖和交换的操作是否太过频繁
那么性能会不会大大打折扣呢
所以我们需要找到一个
折中的平衡点
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