第43基本頁式存儲管理

1、 存儲管理存儲管理分區(qū)分區(qū)4分區(qū)分區(qū)3分區(qū)分區(qū)2分區(qū)分區(qū)1連續(xù)分配方式連續(xù)分配方式 （）回顧：回顧：1.分區(qū)分區(qū)2.分區(qū)分區(qū)進程進程1進程進程2進程進程4進程進程3進程進程1進程進程2進程進程3進程進程4內存的用戶可用空間內存的用戶可用空間導入：導入： 經過一段時間的分配回收后，內存中存在很多很經過一段時間的分配回收后，內存中存在很多很小的不可利用的空閑空間小的不可利用的空閑空間-碎片碎片（零頭零頭）。）。用戶程序用戶程序1用戶程序用戶程序6用戶程序用戶程序310KB30KB14KB用戶程序用戶程序926KBa)緊湊前緊湊前用戶程序用戶程序1用戶程序用戶程序6用戶程序用戶程序3用戶程序用戶程序

2、980KBb)緊湊后緊湊后導入：導入：固定分區(qū)固定分區(qū)離散存儲離散存儲+基本分頁存儲管理基本分頁存儲管理實分頁實分頁 新授：新授：中國好聲音中國好聲音-香港行香港行這么多人，住這么多人，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標準的酒店的全部客房都是標準的雙人雙人間。間。2.我們團隊的我們團隊的性別比例很合適性別比例很合適的哦！的哦！(共82人人)您好！請問酒店現在有空您好！請問酒店現在有空房間嗎？我需要房間嗎？我需要41個標準個標準間，間，歡迎光臨，您需要的歡迎光臨，您需要的41個標準間我們可以提供個標準間我們可以提供.但是它們不在同一樓層，但是它們不在同一樓層，房間號

3、也不連續(xù)！房間號也不連續(xù)！1組組 1號號 曹麗雪曹麗雪205號房間號房間 2號號 郭穎郭穎2組組 3號號 曹偉磊曹偉磊206號房間號房間 4號號 何晶何晶3組組 5號號 黃雪萍黃雪萍211號房間號房間 6號號 賈倩賈倩 41組組 82號號 藺秀瑩藺秀瑩415號房間號房間基本分頁存儲管理基本分頁存儲管理實分頁實分頁 一、一、實現原理實現原理 將內存空間等分成若干將內存空間等分成若干frameframe、頁架、幀、頁架、幀），并），并按物按物理地址遞增理地址遞增的順序連續(xù)的順序連續(xù)編號編號為為0 0，1 1，22塊塊新授：新授： 內存空間內存空間0#1#3#2#4#5#低地址低地址高地址高地址基本

4、分頁存儲管理基本分頁存儲管理實分頁實分頁 進程的虛擬空間劃分成一系列與進程的虛擬空間劃分成一系列與物理塊物理塊的的（也稱為（也稱為，并按并按邏輯地址遞增邏輯地址遞增的順序連續(xù)的順序連續(xù)編編號號為為0 0，1 1，22頁頁新授：新授：進程的虛擬空間進程的虛擬空間0頁頁1頁頁2頁頁一、一、實現原理實現原理 基本分頁存儲管理基本分頁存儲管理實分頁實分頁 若進程的若進程的總頁數不大于內存中的總頁數不大于內存中的可用塊數可用塊數，系統(tǒng)就可以以，系統(tǒng)就可以以頁頁為單為單位位離散分配離散分配，并在內存中為該進，并在內存中為該進程建立一個能夠反映其程建立一個能夠反映其邏輯頁與邏輯頁與物理塊映射關系物理塊映射關

5、系的的“”。新授：新授：一、一、實現原理實現原理 進程的頁表進程的頁表頁號頁號塊號塊號存取控存取控制字段制字段基本分頁存儲管理原理圖示基本分頁存儲管理原理圖示Os區(qū)區(qū)進程進程B013245內存空間內存空間進程進程A的虛擬空間的虛擬空間0頁頁1頁頁2頁頁0頁頁1頁頁2頁頁進程進程A的頁表的頁表頁號頁號塊號塊號021325由由硬件決定硬件決定，頁面大小要頁面大小要適適中中，常為，常為2的的冪字節(jié)，一般冪字節(jié)，一般為為512B4KB。1.基本上解決了基本上解決了碎片碎片問題。問題。2.實現了由實現了由連續(xù)存儲到連續(xù)存儲到離散存儲離散存儲的的飛躍。飛躍?；痉猪摯鎯芾砘痉猪摯鎯芾硪黄饋矸治鲆黄饋?/p>

6、分析 ：為什么塊尺寸為什么塊尺寸太大太大或或太小太小都不好？都不好？基本分頁存儲管理基本分頁存儲管理一起來分析一起來分析 ：新授：新授：例如例如：對：對8B8B的進程虛擬空間按頁大小為的進程虛擬空間按頁大小為2B2B進行分頁。進行分頁。0頁頁1頁頁2頁頁3頁頁0B1B2B3B4B5B6B7B邏輯地址邏輯地址如何表示？如何表示？7 73 3 * * 2 2 + + 1 1邏輯頁號邏輯頁號頁內偏移量頁內偏移量頁大小頁大小二、二、地址轉換地址轉換 P = A / L 1.邏輯地址結構：邏輯地址結構：十進制表示十進制表示邏輯地址邏輯地址頁面大小頁面大小頁號頁號頁內地址頁內地址新授：新授： A = P

7、* L W W = A%L二、二、地址轉換地址轉換 頁號頁號 P頁內地址頁內地址 W0i i-1n1新授：新授：二進制表示二進制表示1.邏輯地址結構：邏輯地址結構：對于對于n n位的邏輯地址，設頁大小為位的邏輯地址，設頁大小為字節(jié)。字節(jié)。高高n ni i位位2.物理地址結構：物理地址結構：A 物理地址物理地址L 塊大小塊大小P 塊號塊號W塊內地址塊內地址新授：新授：類似于邏輯地址類似于邏輯地址 A = P * L W 查查頁表頁表二、二、地址轉換地址轉換 由由地址變換機構地址變換機構實現實現3. 地址轉換過程：地址轉換過程：新授：新授：頁表頁表頁表寄存器頁表寄存器PTR (Page-Table

8、 Register)二、二、地址轉換地址轉換 頁表始址頁表始址頁表長度頁表長度頁表寄存器頁表寄存器PTRPTR+頁號頁號 P 頁內地址頁內地址 W邏輯地址邏輯地址A A0頁號頁號塊號塊號P頁表頁表越界中斷越界中斷新授：新授：NY塊號塊號 P 塊內地址塊內地址W物理地址物理地址AAP內存內存地址轉換過程圖地址轉換過程圖當執(zhí)行一條指令需訪問內存當執(zhí)行一條指令需訪問內存兩兩次次4. 具有具有的地址變換機構的地址變換機構 為提高效率，克服為提高效率，克服兩次訪存兩次訪存的弊端的弊端, ,在地址變換機構中，增設一在地址變換機構中，增設一個具有并行查找能力的個具有并行查找能力的高速緩沖寄存器高速緩沖寄存器

9、，又稱，又稱“聯想寄存器聯想寄存器” ” (Associative Memory)(Associative Memory)或或“快表快表”, ,用以存放當前用以存放當前被頻繁訪問的被頻繁訪問的頁面號和對應的頁表項頁面號和對應的頁表項。 快表一般只存放快表一般只存放16-51216-512表項，表滿時需進行淘汰。由于程序表項，表滿時需進行淘汰。由于程序和數據的訪問有局部性，所以快表和數據的訪問有局部性，所以快表“命中率命中率”可達可達90%90%以上以上。新授：新授：二、二、地址轉換地址轉換 具有塊表的地址變換機構具有塊表的地址變換機構新授：新授：頁表始址頁表始址頁表長度頁表長度頁表寄存器頁表寄

10、存器PTRPTR+頁號頁號 P 頁內地址頁內地址 W邏輯地址邏輯地址A A0頁號頁號塊號塊號P頁表頁表越界中斷NY塊號塊號 P 塊內地址塊內地址W物理地址物理地址AAP內存內存頁號 塊號P快快表表例：設訪問主存時間為例：設訪問主存時間為200ms,訪問聯想存貯器為訪問聯想存貯器為40ms，命，命中率為中率為90，則平均存取時間為多少？，則平均存取時間為多少？查頁表查頁表兩次訪存兩次訪存：平均為：平均為200200400ms查塊表查塊表、頁表、頁表 (200+40)90(200+200)10256ms解：解：方法方法1：只設頁表只設頁表方法方法2：增加快表增加快表小練習小練習1011107801

11、21742n第0頁頁表1460121023第1頁頁表114115011023外部頁表012345671141151468第n頁頁存空間1. 相關數據結構相關數據結構 1 1）：每個進程一個頁表，存在于內存的：每個進程一個頁表，存在于內存的OSOS空間，記錄各個空間，記錄各個 邏輯頁到物理塊之間的映射關系及頁內存取控制權限等。邏輯頁到物理塊之間的映射關系及頁內存取控制權限等。新授：新授：三、三、分配與回收分配與回收2 2）：整個系統(tǒng)一個表，存放每個進程請求分配的頁面數：整個系統(tǒng)一個表，存放每個進程請求分配的頁面數 及實際分配給它的內存空間的頁表信息、請求是否及實際分配給

12、它的內存空間的頁表信息、請求是否 得到滿足等。得到滿足等。進程號進程號請求塊數請求塊數頁表始址頁表始址 頁表長度頁表長度狀態(tài)狀態(tài)1. 相關數據結構相關數據結構 3 3）內存分配表內存分配表位示圖位示圖 整個系統(tǒng)一個表，存在于內存的整個系統(tǒng)一個表，存在于內存的OSOS空間，用比特位來記錄內空間，用比特位來記錄內存每一塊是否已分配的信息。（存每一塊是否已分配的信息。（如：如：1 1已分；已分；0 0未分未分）新授：新授：三、三、分配與回收分配與回收舉例舉例：已知某系統(tǒng)內存的可分配區(qū)被分為：已知某系統(tǒng)內存的可分配區(qū)被分為256256塊，則位示圖需占塊，則位示圖需占 用用256/8256/83232字

13、節(jié)字節(jié)的內存空間。的內存空間。0 1 0 0 1 1 1 01 0 0 1 0 1 0 0 0 0 0 1 1 0 0 101310174 4）空閑頁面鏈空閑頁面鏈：不占額外的內存空間：不占額外的內存空間 2. 分配分配 新授：新授：三、三、分配與回收分配與回收3. 回收：回收： 刪除頁表，并將歸還的塊對應的位由刪除頁表，并將歸還的塊對應的位由1 1置為置為0 01. 共享共享 若兩個進程的某若兩個進程的某2 2個邏輯頁號對應的物理塊號相同，則可達到共個邏輯頁號對應的物理塊號相同，則可達到共享該塊的目的。享該塊的目的。新授：新授：四、四、共享與保護共享與保護013245內存內存022513頁表

14、頁表10314頁表頁表22. 保護保護 1 1）越界檢查越界檢查2 2）存取控制檢查存取控制檢查： 在頁表中設置相應的位在頁表中設置相應的位可讀可讀、可寫可寫、可執(zhí)行可執(zhí)行新授：新授：四、四、共享與保護共享與保護答答：2）對邏輯地址（對邏輯地址（2500）D：Pint（25001K）2W25001K452 由已知，頁號由已知，頁號 P2 對應的頁面號對應的頁面號 P4， 邏輯（邏輯（2500）D對應物理地址對應物理地址P 1KW（4548）D 例例1：一個分頁式存儲管理系統(tǒng)中，用戶虛擬空間每頁：一個分頁式存儲管理系統(tǒng)中，用戶虛擬空間每頁1KB，假定，假定某時刻用戶的第某時刻用戶的第0，1，2，

15、3頁分別分配的物理塊號為頁分別分配的物理塊號為10，8，4，17，將邏輯地址（，將邏輯地址（2500）D轉換為物理地址。轉換為物理地址。練習：練習：例例2：設虛擬地址為：設虛擬地址為(7101)8 ,每一物理塊為每一物理塊為128字節(jié)字節(jié),請描述請描述如何進行地址重定位如何進行地址重定位?12827(7101)8 ( 111, 00 1, 000, 001)2 = ( 3 4 1 0 1 )8頁號為頁號為(34)8, 偏移量為偏移量為(101)8, 塊號塊號p由由頁表頁表指定，偏移量指定，偏移量w不變不變， 按按 A = p * L w 形成物理地址。形成物理地址。練習：練習：解惑解惑: :( 11 , 100 1, 000, 001)21：有一系統(tǒng)采用頁式存儲管理，有一作業(yè)大小是：有一系統(tǒng)采用頁式存儲管理，有一作業(yè)大小是8KB，頁，頁大小為大小為2KB，依次裝入內存的第，依次裝入內存的第7、9、10、5塊，試將塊，試將十進十進制邏輯制邏輯地址地址7145，3412轉換成轉換成對應的物理對應的物理地址。地址。（電子作業(yè)文檔詳見網絡平臺電子作業(yè)文檔詳見網絡平臺）作業(yè)：作業(yè)：基本分頁存儲管理基本分頁存儲管理實分頁實分頁 系統(tǒng)自動將系統(tǒng)自動將內存分塊內存分塊，將，將虛擬空間分頁虛擬空間分頁，頁、塊等大小，頁、塊等大小，且都從且都從0 0連續(xù)編號，在進