前述的几种存储器管理方式都有一个共同的特点，即程序要求一次性全部装入内存，且在内存中驻留直到程序结束。这个特点会对内存的有效利用产生一些问题，程序每次运行时并非全部程序指令和数据都要用到，如果将程序全部装入内存，则会造成内存的浪费；另外，尽管程序很早就开始运行了，但是由于I/O操作而阻塞，占用内存也是对内存的浪费。因此，该特点使一些大的程序或者急迫需要执行的程序由于内存不足而无法运行。
类似于人的思维有一定的局限性，程序的执行过程也有局限性。就是说，在较短的时间内，只有一部分程序得到执行；另外，程序所访问的存储空间也局限于某一部分。早在1968年，Denning.P就曾指出，程序在执行时呈现出局部性规律，即在一较短的时间内，程序的执行仅局限于某部分，包括以下几个论点：
（1）程序执行时，除了少部分的转移和过程调用指令外，在大多数情况下仍是顺序执行的；
（2）尽管函数调用会使程序的执行发生跳转，但过程调用的深度在大多数情况下都不会超过5，程序将会在一段时间内局限在这些函数范围内；
（3）程序中存在许多循环结构，它们将多次执行；(www.xing528.com)
（4）程序中还包括许多对数据结构的处理，如对数组进行操作，它们往往都局限于很小的范围内。
为此，引入了虚拟存储器。所谓虚拟存储器是指具有请求调入功能和置换功能，能从逻辑上对内存容量加以扩充的一种存储器，其逻辑容量由内存容量和外存容量之和所决定，其运行速度接近于内存速度，而每位的成本又接近外存。虚拟存储器使程序的逻辑地址空间真正独立于内存物理地址空间，为程序提供一个比真实内存空间大得多的地址空间。程序在执行时，首先将其最小程序集装入内存。运行中如果所访问的内容已在内存，则继续操作；否则，执行请求调入功能。执行请求调入功能时，如果内存已满，则还要执行置换功能。
现代操作系统大多数都采用了虚拟存储器技术，例如Windows操作系统，在系统属性对话框高级标签中，通过设置“性能”，可以更改系统的虚拟内存。并且，虚拟存储器都毫无例外地建立在离散存储分配管理方式的基础上，因此，虚拟存储器又分为分页虚拟存储器和分段虚拟存储器，也可以将二者结合起来，构成段页式虚拟存储器。
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