操作系统~高速缓存技术思想与虚拟地址内存技术思想

传统内存管理方式的缺点

**一次性:**作业必须一次性全部装入内存后才能开始运行。这会造成两个问题:
①作业很大时,不能全部装入内存,导致大作业无法运行;
②当大量作业要求运行时,由于内存无法容纳所有作业,因此只有少量作业能运行,导致多道程序并发度下降。

驻留性:一旦作业被装入内存,就会一直驻留在内存中,直至作业运行结束。事实上,在一个时间段内,只需要访问作业的一小部分数据即可正常运行,这就导致了内存中会驻留大量的、暂时用不到的数据,浪费了宝贵的内存资源。

为了解决上述问题就 根据局部性原理引入虚拟内存技术

局部性原理

时间局部性:如果执行了程序中的某条指令,那么不久后这条指令很有可能再次执行;如果某个数据被访问过,不久之后该数据很可能再次被访问。(因为程序中存在大量的循环)

空间局部性:一旦程序访问了某个存储单元,在不久之后,其附近的存储单元也很有可能被访问。(因为很多数据在内存中都是连续存放的,并且程序的指令也是顺序地在内存中存放的)

虚拟内存的定义和特征

基于局部性原理,在程序装入时,可以将程序中很快会用到的部分装入内存,暂时用不到的部分留在外存,就可以让程序开始执行。

在程序执行过程中,当所访问的信息不在内存时,由操作系统负责将所需信息从外存调入内存,然后继续执行程序。

若内存空间不够,由操作系统负责将内存中暂时用不到的信息换出到外存。
在操作系统的管理下,在用户看来似乎有一个比实际内存大得多的内存,这就是虚拟内存

在这里插入图片描述
虚拟内存有一下三个主要特征:
多次性:无需在作业运行时一次性全部装入内存,而是允许被分成多次调入内存。
对换性:在作业运行时无需一直常驻内存,而是允许在作业运行过程中,将作业换入、换出。
虚拟性:从逻辑上扩充了内存的容量,使用户看到的内存容量,远大于实际的容量。

高速缓存技术思想

根据程序局部性原理将近期会频繁访问到的数据放到更高速的存储器中,暂时用不到的数据放在更低速存储器中。

比如下面代码, 在执行while循环的时候, 就可以将数组a的数据全部读到缓存中
在这里插入图片描述

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