第43基本页式存储管理分析课件

基本分页存储管理计算机科学技术学院：曹梅

操作系统原理

课程分区4分区3分区2分区1连续分配方式（分区管理）回顾：1.固定分区2.可变分区进程1进程2进程4内碎片进程3进程1进程2进程3进程4外碎片内存的用户可用空间导入：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碎片（零头）。操作系统区用户程序1用户程序6用户程序310KB30KB14KB用户程序926KBa)紧凑前操作系统区用户程序1用户程序6用户程序3用户程序980KBb)紧凑后导入：PC机上最有发展前途的管理模式固定分区离散存储+基本分页存储管理－实分页

新授：引例中国好声音香港行这么多人，住在哪里好呢？五星级大酒店前提：1.酒店的全部客房都是标准的双人间。2.我们团队的性别比例很合适的哦！(共82人)入住登记表”您好！请问酒店现在有空房间吗？我需要41个标准间，欢迎光临，您需要的41个标准间我们可以提供.但是它们不在同一楼层，房间号也不连续！1组1号曹丽雪205号房间2号郭颖2组3号曹伟磊206号房间4号何晶3组5号黄雪萍211号房间6号贾倩……………………41组82号蔺秀莹415号房间基本分页存储管理－实分页

一、实现原理1.内存空间的划分：将内存空间等分成若干物理块（也称为页框frame、页架、帧），并按物理地址递增的顺序连续编号为0，1，2…块新授：“酒店客房”

内存空间0#1#3#2#4#5#…低地址高地址基本分页存储管理－实分页

2.虚拟空间的划分：进程的虚拟空间划分成一系列与物理块大小相等的页（也称为页面），并按逻辑地址递增的顺序连续编号为0，1，2…页新授：“客人分组”进程的虚拟空间0页1页2页一、实现原理基本分页存储管理－实分页

3.内存分配：若进程的总页数不大于内存中的可用块数，系统就可以以页为单位离散分配，并在内存中为该进程建立一个能够反映其逻辑页与物理块映射关系的“页表”。新授：“入住登记表”一、实现原理进程的页表页号块号存取控制字段基本分页存储管理原理图示Os区进程B013245内存空间……进程A的虚拟空间0页1页2页0页1页2页进程A的页表页号块号021325后果块大小由硬件决定，页面大小要适中，常为2的幂字节，一般为512B～4KB。1.基本上解决了碎片问题。2.实现了由连续存储到离散存储的飞跃。基本分页存储管理一起来分析：后果块大小思考为什么块尺寸太大或太小都不好？基本分页存储管理一起来分析：新授：例如：对8B的进程虚拟空间按页大小为2B进行分页。0页1页2页3页0B1B2B3B4B5B6B7B逻辑地址如何表示？7＝3

*

2

+

1逻辑页号页内偏移量页大小简化的动态重定位方法二、地址转换

P=[A/L]1.逻辑地址结构：十进制表示A——逻辑地址L——页面大小P——页号W——页内地址新授：

A=P*L＋WW=A%L二、地址转换页号P页内地址W0ii-1n－1新授：二进制表示1.逻辑地址结构：对于n位的逻辑地址，设页大小为2i字节。高n－i位低i位2.物理地址结构：A’—物理地址L—块大小P‘—块号W’—块内地址新授：类似于逻辑地址

A‘=P’*L＋W‘页号P页内地址W块号P’块内地址W‘查页表对比发现：二、地址转换由地址变换机构实现3.地址转换过程：新授：页表页表寄存器PTR(TableRegister)二、地址转换页表始址页表长度页表寄存器PTR+页号P页内地址W逻辑地址A…0页号块号…P页表越界中断新授：NY>块号P’块内地址W’物理地址A’…P‘……内存地址转换过程图当执行一条指令需访问内存两次4.具有快表的地址变换机构为提高效率，克服两次访存的弊端,在地址变换机构中，增设一个具有并行查找能力的高速缓冲寄存器，又称“联想寄存器”(AssociativeMemory)或“快表”,用以存放当前被频繁访问的页面号和对应的页表项。快表一般只存放16--512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“命中率”可达90%以上。新授：二、地址转换具有块表的地址变换机构新授：页表始址页表长度页表寄存器PTR+页号P页内地址W逻辑地址A…0页号块号…P页表越界中断NY>块号P’块内地址W’物理地址A’…P‘……内存页号块号P’快表例：设访问主存时间为200ms,访问联想存贮器为40ms，命中率为90％，则平均存取时间为多少？查页表两次访存：平均为200＋200＝400ms查块表、页表(200+40)×90％＋(200+200)×10％＝256ms解：方法1：只设页表方法2：增加快表小练习两级页表结构扩充：1.相关数据结构1）页表：每个进程一个页表，存在于内存的OS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。新授：三、分配与回收2）请求表：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、请求是否得到满足等。进程号请求块数页表始址页表长度状态1.相关数据结构3）内存分配表－－位示图整个系统一个表，存在于内存的OS空间，用比特位来记录内存每一块是否已分配的信息。（如：1－已分；0－未分）新授：三、分配与回收举例：已知某系统内存的可分配区被分为256块，则位示图需占用256/8＝32字节的内存空间。0100111010010100

……

000110010131…017…4）空闲页面链：不占额外的内存空间

2.分配新授：三、分配与回收修改空闲页表。请求N个页面查空闲页面表，看看是否还有N个空闲页面如有相应空闲页面，则页表长度为N填入请求表中（申请页表，把页表始址填入请求表）。分配N个空闲页面，将页面号和页号填入页表（页表号实际不用填）。3.回收：删除页表，并将归还的块对应的位由1置为01.共享若两个进程的某2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。新授：四、共享与保护013245内存022513页表10314页表22.保护1）越界检查2）存取控制检查：在页表中设置相应的位－可读、可写、可执行新授：四、共享与保护答：2）对逻辑地址（2500）D：P＝int（2500／1K）＝2W＝2500％1K＝452由已知，页号P＝2对应的页面号P’＝4，逻辑（2500）D对应物理地址＝P’×1K＋W＝（4548）D

例1：一个分页式存储管理系统中，用户虚拟空间每页1KB，假定某时刻用户的第0，1，2，3页分别分配的物理块号为10，8，4，17，将逻辑地址（2500）D转换为物理地址。练习：例2：设虚拟地址为(7101)8,每一物理块为128字节,请描述如何进行地址重定位?128＝27(7101)8＝(111,001,000,001)2=(3 4 101)8页号为(34)8,偏移量为(101)8,块号p’由页表指定，偏移量w’不变，按A‘=p’*L＋w’形成物理地址。练习：解惑:＝(11,1001,000,001)21：有一系统采用页式存储管理，有一作业大小是8KB，页大小为2KB，依次装入内存的第7、9、10、5块，试将十进制逻辑地址7145，3412转换成对应的物理地址。（电子作业文档详见网络平台）作业：基本分页存储管理－实分页

1.基本分页管理--原