# 4.6 虚拟内存基本概念

## 一、虚拟内存的基本概念

### 1.1 什么是虚拟内存

**虚拟内存**：基于局部性原理，将程序的一部分装入内存，其余部分留在外存，需要时再调入内存。

**特点**：
- 逻辑上扩充内存容量
- 物理上内存和外存结合
- 对用户透明

### 1.2 局部性原理

**时间局部性**：
- 最近被访问的存储单元，短期内可能被再次访问
- 原因：循环、子程序、堆栈等

**空间局部性**：
- 最近被访问的存储单元，其邻近单元可能被访问
- 原因：顺序执行、数组访问等

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## 二、虚拟内存的特征

### 2.1 多次性

**定义**：一个作业可以分多次调入内存。

**意义**：
- 不需要一次性装入整个程序
- 节省内存空间

### 2.2 对换性

**定义**：作业在运行过程中可以换入换出。

**意义**：
- 暂时不用的部分换出到外存
- 需要时再换入内存

### 2.3 虚拟性

**定义**：逻辑上扩充内存容量。

**意义**：
- 用户感觉内存容量很大
- 实际物理内存可以很小

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## 三、虚拟内存的实现方式

### 3.1 请求分页存储管理

**基本思想**：
- 在分页基础上增加请求调页功能
- 页面不在内存时产生缺页中断
- 将所需页面调入内存

### 3.2 请求分段存储管理

**基本思想**：
- 在分段基础上增加请求调段功能
- 段不在内存时产生缺段中断
- 将所需段调入内存

### 3.3 请求段页式存储管理

**基本思想**：
- 结合请求分页和请求分段
- 先分段，再分页
- 以页为单位调入调出

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## 四、虚拟内存的硬件支持

### 4.1 页表机制

**页表项增加字段**：
- 状态位：该页是否在内存
- 访问位：该页是否被访问过
- 修改位：该页是否被修改过
- 外存地址：该页在外存的地址

### 4.2 缺页中断机构

**缺页中断**：
- 访问的页面不在内存时产生
- 属于内部中断（异常）
- 需要操作系统处理

**处理过程**：
1. 保护CPU现场
2. 从外存找到所需页面
3. 如果内存满，选择页面换出
4. 将所需页面调入内存
5. 修改页表
6. 恢复CPU现场，重新执行

### 4.3 地址变换机构

**地址变换**：
- 检查页是否在内存
- 如果在，直接转换地址
- 如果不在，产生缺页中断

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## 五、考研重点

1. **虚拟内存的基本概念**：什么是虚拟内存
2. **局部性原理**：时间局部性、空间局部性
3. **虚拟内存的特征**：多次性、对换性、虚拟性
4. **实现方式**：请求分页、请求分段、请求段页式
5. **硬件支持**：页表机制、缺页中断、地址变换

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*下一节：4.7 请求分页管理方式*