虚拟存储器是计算机操作系统中的关键概念，它扩展了物理内存的容量，使得程序能够运行在比实际物理内存更大的地址空间中。本章主要介绍了虚拟存储器的原理、实现机制及其在计算机系统服务中的作用。

一、虚拟存储器的基本概念

虚拟存储器通过将内存和外存（如硬盘）结合使用，为每个进程提供一个统一的、连续的地址空间。进程无需关心数据实际存储在物理内存还是磁盘上，操作系统负责地址转换和数据调度。核心思想包括：

• 分页：将进程地址空间划分为固定大小的页，物理内存也划分为页框，通过页表实现映射。
• 分段：按逻辑单元（如代码段、数据段）划分地址空间，提高内存管理的灵活性。
• 页面置换：当物理内存不足时，操作系统选择某些页换出到磁盘，以腾出空间给新页。

二、虚拟存储器的实现机制

1. 地址转换：使用页表或段表将虚拟地址转换为物理地址，硬件支持（如MMU）加速这一过程。
2. 页面置换算法：常见算法包括FIFO（先进先出）、LRU（最近最少使用）和OPT（最优置换），旨在减少缺页率，提高系统性能。
3. 工作集模型：操作系统跟踪进程的“工作集”，即当前活跃的页面集合，以确保关键数据常驻内存，减少缺页中断。

三、虚拟存储器在计算机系统服务中的应用

虚拟存储器不仅是内存管理的基础，还深刻影响系统服务：

• 进程隔离与保护：每个进程拥有独立的虚拟地址空间，防止非法访问，增强系统安全性。
• 内存共享：多个进程可以共享只读页面（如库代码），节省物理内存资源。
• 文件映射：通过将文件直接映射到虚拟地址空间，简化文件I/O操作，提升效率。
• 系统性能优化：虚拟存储器允许操作系统动态调整内存分配，支持多任务并发，提升整体响应速度。

四、总结

虚拟存储器技术是现代操作系统的核心组成部分，它通过硬件和软件协作，实现了内存的高效管理和扩展。学习本章内容，有助于理解计算机系统如何提供稳定、安全的内存服务，并为后续章节如进程调度和文件系统打下基础。在实际应用中，合理配置虚拟存储器参数（如页面大小、置换策略）对系统性能至关重要。