虚拟存储器种类及特点

虚拟存储器是计算机系统中的一个重要概念，它允许计算机使用硬盘等外部存储器作为内存的扩展，从而提高计算机的运行效率和可用性。虚拟存储器通常由操作系统来实现，不同的操作系统实现虚拟存储器的方式也有所不同。本文将介绍虚拟存储器的种类及其特点。 

1. 基于页面的虚拟存储器 

基于页面的虚拟存储器是一种常见的虚拟存储器实现方式。它将内存划分为固定大小的页面(通常为4KB或8KB)，每个页面都可以独立地被映射到物理内存或硬盘上的某个页面。当程序需要访问一个页面时，操作系统会根据需要将该页面从硬盘读入内存中，并将其映射到对应的虚拟地址上。当该页面不再需要时，操作系统会将其写回硬盘，并释放其在内存中的映射。 

基于页面的虚拟存储器具有以下优点： 

(1)易于实现和管理。页面的大小是固定的，因此操作系统可以很容易地进行页面的分配、回收和映射管理。 

(2)允许多个程序共享物理内存。由于不同的虚拟地址可以映射到同一个物理页面上，因此多个程序可以共享同一块物理内存。 

(3)提高了程序的运行效率。由于程序只需要加载必要的页面到内存中，因此可以减少内存占用和页面调度开销，从而提高程序的运行效率。 

基于页面的虚拟存储器也存在一些缺点： 

(1)页面大小固定。页面大小的固定性可能导致浪费内存或者无法满足某些程序的需求。 

(2)页面调度算法的选择。不同的页面调度算法可能对程序的运行效率产生不同的影响，因此需要根据实际情况选择合适的算法。 

2. 基于段的虚拟存储器 

基于段的虚拟存储器是另一种常见的虚拟存储器实现方式。它将程序的地址空间划分为多个段(如代码段、数据段、堆栈段等)，每个段可以独立地被映射到物理内存或硬盘上的某个区域。当程序需要访问一个段时，操作系统会根据需要将该段从硬盘读入内存中，并将其映射到对应的虚拟地址上。当该段不再需要时，操作系统会将其写回硬盘，并释放其在内存中的映射。 

基于段的虚拟存储器具有以下优点： 

(1)支持动态内存分配。由于堆栈段的存在，程序可以动态地申请和释放内存，从而提高程序的灵活性和可用性。 

(2)支持代码共享。不同的程序可以共享同一个代码段，从而减少内存占用和程序加载时间。 

(3)支持不同的内存保护机制。由于每个段可以独立地被映射到物理内存或硬盘上的某个区域，因此可以为每个段设置不同的访问权限，从而实现更加灵活的内存保护机制。 

基于段的虚拟存储器也存在一些缺点： 

(1)段大小不确定。由于每个段的大小是动态变化的，因此可能导致内存碎片和浪费。 

(2)段的管理复杂。由于每个段都可以独立地被映射到物理内存或硬盘上的某个区域，因此需要更加复杂的管理算法来处理段的分配、回收和映射。 

3. 基于对象的虚拟存储器 

基于对象的虚拟存储器是一种新兴的虚拟存储器实现方式。它将程序的地址空间划分为多个对象，每个对象可以独立地被映射到物理内存或硬盘上的某个区域。一个对象可以包含多个页面或者段，也可以跨越多个页面或者段。当程序需要访问一个对象时，操作系统会根据需要将该对象从硬盘读入内存中，并将其映射到对应的虚拟地址上。当该对象不再需要时，操作系统会将其写回硬盘，并释放其在内存中的映射。 

基于对象的虚拟存储器具有以下优点： 

(1)支持动态对象创建和销毁。由于对象的存在，程序可以动态地创建和销毁对象，从而提高程序的灵活性和可用性。 

(2)支持多级对象管理。由于一个对象可以包含多个页面或者段，也可以跨越多个页面或者段，因此可以实现更加灵活的对象管理机制。 

(3)支持更加细粒度的内存保护机制。由于每个对象可以独立地被映射到物理内存或硬盘上的某个区域，因此可以为每个对象设置不同的访问权限，从而实现更加细粒度的内存保护机制。 

基于对象的虚拟存储器也存在一些缺点： 

(1)管理复杂。由于每个对象都可以独立地被映射到物理内存或硬盘上的某个区域，因此需要更加复杂的管理算法来处理对象的分配、回收和映射。 

(2)性能问题。由于对象的存在，程序需要进行更多的对象映射和管理操作，可能会影响程序的运行效率。 

综上所述，虚拟存储器是计算机系统中的一个重要概念，不同的虚拟存储器实现方式具有各自的特点和优缺点。在实际应用中，需要根据实际情况选择合适的虚拟存储器实现方式。