- 虚拟存储器由主存+辅存组成，二者在硬件+系统软件的管理下协调工作。
- 虚拟存储器对应用程序员是透明的。
- 虚拟存储器具有主存的速度、辅存的容量。
- 虚拟存储器将主存和辅存的地址空间进行统一编址，从而形成一个庞大的地址空间。用户可以在此基础上自由编程，而无需关心物理地址、主存容量等其他问题。
- 虚拟存储器同样采用与Cache类似的技术，将被经常访问到的辅存内容的副本临时存放到主存中。
- 采用全相联映射的地址映射方式，以降低主存缺页访问辅存带来的巨大开销。
- 采用回写法来处理数据一致性的问题。
- 地址映射工作由操作系统完成，当然也要辅以一些硬件的支持，如TLB、地址映射系统等。
虚地址/逻辑地址
- 用户编程所允许涉及的地址，其对应的地址空间为虚拟空间或程序空间。
- 虚地址 = 虚拟页号 + 页内字地址。
实地址/物理地址
- 实际的主存单元地址，其对应的地址空间为主存地址空间或实地址空间。
- 实地址 = 主存页号 + 页内字地址。
4.1 页式虚拟存储器
4.1.1 概述
- 页式虚拟存储器以页为操作单位，即虚拟空间与主存空间均被划分成了多个同样大小的页。
- 主存的页称为实页、页框；虚存的页称为虚页。
- 虚拟地址 = 虚页号 + 页内地址。
4.1.2 说明
4.1.2.1 页表/慢表
4.1.2.1.1 说明
- 页表是一张存放在主存中的虚页号与实页号的对照表，一般长久驻留在主存(内存)中。
- 用于完成虚地址到实地址的转换工作。
4.1.2.1.2 地址变换过程
Ps
页面若很小,则虚拟存储器中包含的页面就会过多，使得页表的体积过大，导致页表占据的存储空间过大，操作速度反而变慢。
页面若很大，则主存中存放的页面较少，导致页面调度频率较高，换页次数增加，操作速度因此降低。
4.1.2.1.3 优缺点
优点：页长度固定，页表结构简单，调入方便。
缺点：
- 程序不一样是页大小的整数倍，因此调入的最后一页可能会有冗余而浪费。
- 页不是逻辑上独立的实体，因而处理、保护、共享均不及段式虚拟存储器。
4.1.2.2 快表(TLB)
4.1.2.2.1 背景
由前面可知，在采用虚拟存储机制后，访存时会先去主存访问一次页表，然后再去访问主存才能拿到数据(如果命中，不命中的情况同样不言而喻)，因此，访问的次数相较于未采用虚拟存储机制增加了。
依据程序局部性原理，在一段时间内总是经常访问某些页时，如果将这些页放到Cache组成的快表中时，那访存效率会得到明显提高。
4.1.2.2.2 特点
- 快表通常采用全相联或组相联的映射方式。
- 地址转换时，首先查找快表，若命中，则无需访问主存中的页表(慢表)。
- TLB项 = TLB标记字段 + 页表表项内容。
- 快表采用高速相联存储器，其速度来源于硬件本身，而不是查找算法带来的速度上的优势。
4.1.2.3 具有TLB和Cache的多级存储系统
Cache缺失由硬件完成。
缺页处理由软件完成(操作系统通过缺页异常处理程序实现)。
TLB缺失即可用硬件也可用软件来处理。
4.2 段式虚拟存储器
4.2.1 概述
- 段是按程序的逻辑结构划分的，各个段的长度长短不一。
- 虚拟地址 = 段号 + 段内地址。
- 段表是程序中的逻辑段和在主存中的存放位置的对照表，虚地址到实地址的变换就是通过段表来实现的。
4.2.2 地址变换过程
4.2.3 优缺点
优点
- 段的分界与程序分界对应，具有逻辑独立性。
- 易于编译、管理、修改、保护，便于多道程序的共享。
缺点
段长度可变，从而使得分配空间不方便，因而容易在段间留下碎片。
4.3 段页式虚拟存储器
4.3.1 概述
- 把程序按逻辑结构分段，每段划分为固定大小的页。主存空间划分为大小固定的页。
- 程序对主存页的调入调出仍以页为单位。
- 每个程序对应一个段表，每个段对应一个页表。
- 段的长度是页的长度的整数倍，段的起点必须是某一页的整数倍。
- 虚地址 = 段号 + 段内页号 + 页内地址。
4.3.2 优缺点
优点
兼具页式和段式存储器的优点，可以按段实现共享和保护。