第43基本页式存储管理

1、 存储管理存储管理分区分区4分区分区3分区分区2分区分区1连续分配方式连续分配方式 （）回顾：回顾：1.分区分区2.分区分区进程进程1进程进程2进程进程4进程进程3进程进程1进程进程2进程进程3进程进程4内存的用户可用空间内存的用户可用空间导入：导入： 经过一段时间的分配回收后，内存中存在很多很经过一段时间的分配回收后，内存中存在很多很小的不可利用的空闲空间小的不可利用的空闲空间-碎片碎片（零头零头）。）。用户程序用户程序1用户程序用户程序6用户程序用户程序310KB30KB14KB用户程序用户程序926KBa)紧凑前紧凑前用户程序用户程序1用户程序用户程序6用户程序用户程序3用户程序用户程序

2、980KBb)紧凑后紧凑后导入：导入：固定分区固定分区离散存储离散存储+基本分页存储管理基本分页存储管理实分页实分页 新授：新授：中国好声音中国好声音-香港行香港行这么多人，住这么多人，住在哪里好呢？在哪里好呢？前提：前提： 1.酒店的全部客房都是标准的酒店的全部客房都是标准的双人双人间。间。2.我们团队的我们团队的性别比例很合适性别比例很合适的哦！的哦！(共82人人)您好！请问酒店现在有空您好！请问酒店现在有空房间吗？我需要房间吗？我需要41个标准个标准间，间，欢迎光临，您需要的欢迎光临，您需要的41个标准间我们可以提供个标准间我们可以提供.但是它们不在同一楼层，但是它们不在同一楼层，房间号

3、也不连续！房间号也不连续！1组组 1号号 曹丽雪曹丽雪205号房间号房间 2号号 郭颖郭颖2组组 3号号 曹伟磊曹伟磊206号房间号房间 4号号 何晶何晶3组组 5号号 黄雪萍黄雪萍211号房间号房间 6号号 贾倩贾倩 41组组 82号号 蔺秀莹蔺秀莹415号房间号房间基本分页存储管理基本分页存储管理实分页实分页 一、一、实现原理实现原理 将内存空间等分成若干将内存空间等分成若干frameframe、页架、帧、页架、帧），并），并按物按物理地址递增理地址递增的顺序连续的顺序连续编号编号为为0 0，1 1，22块块新授：新授： 内存空间内存空间0#1#3#2#4#5#低地址低地址高地址高地址基本

4、分页存储管理基本分页存储管理实分页实分页 进程的虚拟空间划分成一系列与进程的虚拟空间划分成一系列与物理块物理块的的（也称为（也称为，并按并按逻辑地址递增逻辑地址递增的顺序连续的顺序连续编编号号为为0 0，1 1，22页页新授：新授：进程的虚拟空间进程的虚拟空间0页页1页页2页页一、一、实现原理实现原理 基本分页存储管理基本分页存储管理实分页实分页 若进程的若进程的总页数不大于内存中的总页数不大于内存中的可用块数可用块数，系统就可以以，系统就可以以页页为单为单位位离散分配离散分配，并在内存中为该进，并在内存中为该进程建立一个能够反映其程建立一个能够反映其逻辑页与逻辑页与物理块映射关系物理块映射关

5、系的的“”。新授：新授：一、一、实现原理实现原理 进程的页表进程的页表页号页号块号块号存取控存取控制字段制字段基本分页存储管理原理图示基本分页存储管理原理图示Os区区进程进程B013245内存空间内存空间进程进程A的虚拟空间的虚拟空间0页页1页页2页页0页页1页页2页页进程进程A的页表的页表页号页号块号块号021325由由硬件决定硬件决定，页面大小要页面大小要适适中中，常为，常为2的的幂字节，一般幂字节，一般为为512B4KB。1.基本上解决了基本上解决了碎片碎片问题。问题。2.实现了由实现了由连续存储到连续存储到离散存储离散存储的的飞跃。飞跃。基本分页存储管理基本分页存储管理一起来分析一起来

6、分析 ：为什么块尺寸为什么块尺寸太大太大或或太小太小都不好？都不好？基本分页存储管理基本分页存储管理一起来分析一起来分析 ：新授：新授：例如例如：对：对8B8B的进程虚拟空间按页大小为的进程虚拟空间按页大小为2B2B进行分页。进行分页。0页页1页页2页页3页页0B1B2B3B4B5B6B7B逻辑地址逻辑地址如何表示？如何表示？7 73 3 * * 2 2 + + 1 1逻辑页号逻辑页号页内偏移量页内偏移量页大小页大小二、二、地址转换地址转换 P = A / L 1.逻辑地址结构：逻辑地址结构：十进制表示十进制表示逻辑地址逻辑地址页面大小页面大小页号页号页内地址页内地址新授：新授： A = P

7、* L W W = A%L二、二、地址转换地址转换 页号页号 P页内地址页内地址 W0i i-1n1新授：新授：二进制表示二进制表示1.逻辑地址结构：逻辑地址结构：对于对于n n位的逻辑地址，设页大小为位的逻辑地址，设页大小为字节。字节。高高n ni i位位2.物理地址结构：物理地址结构：A 物理地址物理地址L 块大小块大小P 块号块号W块内地址块内地址新授：新授：类似于逻辑地址类似于逻辑地址 A = P * L W 查查页表页表二、二、地址转换地址转换 由由地址变换机构地址变换机构实现实现3. 地址转换过程：地址转换过程：新授：新授：页表页表页表寄存器页表寄存器PTR (Page-Table

8、 Register)二、二、地址转换地址转换 页表始址页表始址页表长度页表长度页表寄存器页表寄存器PTRPTR+页号页号 P 页内地址页内地址 W逻辑地址逻辑地址A A0页号页号块号块号P页表页表越界中断越界中断新授：新授：NY块号块号 P 块内地址块内地址W物理地址物理地址AAP内存内存地址转换过程图地址转换过程图当执行一条指令需访问内存当执行一条指令需访问内存两两次次4. 具有具有的地址变换机构的地址变换机构 为提高效率，克服为提高效率，克服两次访存两次访存的弊端的弊端, ,在地址变换机构中，增设一在地址变换机构中，增设一个具有并行查找能力的个具有并行查找能力的高速缓冲寄存器高速缓冲寄存器

9、，又称，又称“联想寄存器联想寄存器” ” (Associative Memory)(Associative Memory)或或“快表快表”, ,用以存放当前用以存放当前被频繁访问的被频繁访问的页面号和对应的页表项页面号和对应的页表项。 快表一般只存放快表一般只存放16-51216-512表项，表满时需进行淘汰。由于程序表项，表满时需进行淘汰。由于程序和数据的访问有局部性，所以快表和数据的访问有局部性，所以快表“命中率命中率”可达可达90%90%以上以上。新授：新授：二、二、地址转换地址转换 具有块表的地址变换机构具有块表的地址变换机构新授：新授：页表始址页表始址页表长度页表长度页表寄存器页表寄

10、存器PTRPTR+页号页号 P 页内地址页内地址 W逻辑地址逻辑地址A A0页号页号块号块号P页表页表越界中断NY块号块号 P 块内地址块内地址W物理地址物理地址AAP内存内存页号 块号P快快表表例：设访问主存时间为例：设访问主存时间为200ms,访问联想存贮器为访问联想存贮器为40ms，命，命中率为中率为90，则平均存取时间为多少？，则平均存取时间为多少？查页表两次访存查页表两次访存：平均为：平均为200200400ms查块表、页表查块表、页表 (200+40)90(200+200)10256ms解：解：方法方法1：只设页表只设页表方法方法2：增加快表增加快表小练习小练习1011107801

11、21742n第0页页表1460121023第1页页表114115011023外部页表012345671141151468第n页页存空间1. 相关数据结构相关数据结构 1 1）：每个进程一个页表，存在于内存的：每个进程一个页表，存在于内存的OSOS空间，记录各个空间，记录各个 逻辑页到物理块之间的映射关系及页内存取控制权限等。逻辑页到物理块之间的映射关系及页内存取控制权限等。新授：新授：三、三、分配与回收分配与回收2 2）：整个系统一个表，存放每个进程请求分配的页面数：整个系统一个表，存放每个进程请求分配的页面数 及实际分配给它的内存空间的页表信息、请求是否及实际分配给

12、它的内存空间的页表信息、请求是否 得到满足等。得到满足等。进程号进程号请求块数请求块数页表始址页表始址 页表长度页表长度状态状态1. 相关数据结构相关数据结构 3 3）内存分配表内存分配表位示图位示图 整个系统一个表，存在于内存的整个系统一个表，存在于内存的OSOS空间，用比特位来记录内空间，用比特位来记录内存每一块是否已分配的信息。（存每一块是否已分配的信息。（如：如：1 1已分；已分；0 0未分未分）新授：新授：三、三、分配与回收分配与回收举例举例：已知某系统内存的可分配区被分为：已知某系统内存的可分配区被分为256256块，则位示图需占块，则位示图需占 用用256/8256/83232字

13、节字节的内存空间。的内存空间。0 1 0 0 1 1 1 01 0 0 1 0 1 0 0 0 0 0 1 1 0 0 101310174 4）空闲页面链空闲页面链：不占额外的内存空间：不占额外的内存空间 2. 分配分配 新授：新授：三、三、分配与回收分配与回收3. 回收：回收： 删除页表，并将归还的块对应的位由删除页表，并将归还的块对应的位由1 1置为置为0 01. 共享共享 若两个进程的某若两个进程的某2 2个逻辑页号对应的物理块号相同，则可达到共个逻辑页号对应的物理块号相同，则可达到共享该块的目的。享该块的目的。新授：新授：四、四、共享与保护共享与保护013245内存内存022513页表

14、页表10314页表页表22. 保护保护 1 1）越界检查越界检查2 2）存取控制检查存取控制检查： 在页表中设置相应的位在页表中设置相应的位可读可读、可写可写、可执行可执行新授：新授：四、四、共享与保护共享与保护答答：2）对逻辑地址（）对逻辑地址（2500）D：Pint（25001K）2W25001K452 由已知，页号由已知，页号 P2 对应的页面号对应的页面号 P4， 逻辑（逻辑（2500）D对应物理地址对应物理地址P 1KW（4548）D 例例1：一个分页式存储管理系统中，用户虚拟空间每页：一个分页式存储管理系统中，用户虚拟空间每页1KB，假定，假定某时刻用户的第某时刻用户的第0，1，2

15、，3页分别分配的物理块号为页分别分配的物理块号为10，8，4，17，将逻辑地址（，将逻辑地址（2500）D转换为物理地址。转换为物理地址。练习：练习：例例2：设虚拟地址为：设虚拟地址为(7101)8 ,每一物理块为每一物理块为128字节字节,请描述请描述如何进行地址重定位如何进行地址重定位?12827(7101)8 ( 111, 00 1, 000, 001)2 = ( 3 4 1 0 1 )8页号为页号为(34)8, 偏移量为偏移量为(101)8, 块号块号p由由页表页表指定，偏移量指定，偏移量w不变不变， 按按 A = p * L w 形成物理地址。形成物理地址。练习：练习：解惑解惑: :( 11 , 100 1, 000, 001)21：有一系统采用页式存储管理，有一作业大小是：有一系统采用页式存储管理，有一作业大小是8KB，页，页大小为大小为2KB，依次装入内存的第，依次装入内存的第7、9、10、5块，试将十进块，试将十进制逻辑地址制逻辑地址7145，3412转换成对应的物理地址。转换成对应的物理地址。（电子作业文档详见网络平台电子作业文档详见网络平台）作业：作业：基本分页存储管理基本分页存储管理实分页实分页 系统自动将系统自动将内存分块内存分块，将，将虚拟空间分页虚拟空间分页，页、块等大小，页、块等大小，且都从且都从0 0连续编号，在进