分管理教案專業(yè)知識講座市公開課獲獎?wù)n件

1、4.3 分頁存儲管理 可變分區(qū)存儲管理缺點(diǎn) 在可變分區(qū)存儲管理系統(tǒng)中，要求一個作業(yè)必須所有裝入內(nèi)存某一連續(xù)區(qū)域內(nèi)才干運(yùn)營。 通過系統(tǒng)一段時間運(yùn)營，伴隨多個作業(yè)裝入與完畢，內(nèi)存中容易產(chǎn)生許多分散、分區(qū)與分區(qū)之間碎片（外碎片）。 對可變分區(qū)存儲管理缺點(diǎn)補(bǔ)救辦法 處理上述問題辦法是采用“緊湊技術(shù)”，但“緊湊技術(shù)”會占用較多處理機(jī)時間，同時緊湊操作時機(jī)也不易把握。第1頁第1頁 引入分頁存儲管理技術(shù) 為此，考慮另一個處理辦法，即打破一個作業(yè)必須一次性所有裝入內(nèi)存連續(xù)區(qū)域限制。 把一個作業(yè)分派到幾種不連續(xù)區(qū)域內(nèi)，不需要移動內(nèi)存原有數(shù)據(jù)，就可有效地處理碎片問題。這一思想應(yīng)用就是分頁式存儲管理。 分頁式存儲管

2、理是大型機(jī)操作系統(tǒng)中廣泛采用一個存儲管理方案。第2頁第2頁4.3.1 分頁原理1. 對主存地址空間進(jìn)行劃分 把主存空間分成大小相等、位置固定若干小分區(qū)，每個分區(qū)稱為一個“存放塊”，簡稱“塊(Block)，并依次編號為0，1，2，3,，m塊。 每“塊”大小由不同系統(tǒng)決定，普通為2n次冪，如1KB，2KB，4KB等，但普通不超出4KB。2. 對邏輯地址空間進(jìn)行劃分 把用戶邏輯地址空間分成大小相等若干“頁(Page)，并依次編號為0，1，2，3，n頁。第3頁第3頁3. 邏輯頁和物理塊間關(guān)系及分派辦法（1）邏輯頁和物理塊相應(yīng)關(guān)系 當(dāng)作業(yè)提出存儲分派請求時，系統(tǒng)首先依據(jù)存儲塊大小把作業(yè)分成若干頁，每一頁

3、可存儲在內(nèi)存任意一個空白塊內(nèi)，即“作業(yè)非連續(xù)分派”。（2）邏輯頁和物理塊相應(yīng)機(jī)構(gòu) 利用“動態(tài)地址重定位技術(shù)”，建立程序邏輯頁和內(nèi)存存儲塊之間相應(yīng)關(guān)系，使原本連續(xù)用戶作業(yè)分散在不連續(xù)存儲塊中，使其能正常投入運(yùn)營。第4頁第4頁4. 頁面變換表和頁面變換地址存儲器（1）頁面變換表（Page Mapping Table - PMT） 在內(nèi)存中，為每個作業(yè)開辟一塊特定區(qū)域，建立一張作業(yè)邏輯頁與主存存儲塊之間相應(yīng)表格關(guān)系。這種相應(yīng)表稱為“頁面映象表”，簡稱頁表。（2）頁面變換地址存儲器（PMT Address Register） 每個作業(yè)都有一個頁面變換表，通常各個作業(yè)頁面變換表被存儲在操作系統(tǒng)一個工作區(qū)

4、中，而由頁面變換地址存儲器指出各個作業(yè)頁面變換表起始地址。第5頁第5頁4. 邏輯地址空間、PMT和物理地址空間相應(yīng)關(guān)系圖01KB2KB3KB4KB5KB6KB7KB8KB9KB10KB01KB2KB作業(yè)101KB2KB3KB作業(yè)201KB作業(yè)3頁號塊號015608012274操作系統(tǒng)作業(yè)2(0頁)作業(yè)2(1頁)作業(yè)1(0頁)作業(yè)1(1頁)作業(yè)2(2頁)作業(yè)3(0頁)邏輯地址空間物理地址空間頁面變換表第6頁第6頁4.3.2 地址變換機(jī)構(gòu)（Address Translation）1.邏輯地址結(jié)構(gòu) 邏輯地址由硬件分成兩部分：頁號P和頁內(nèi)地址W（頁內(nèi)偏移量）。 邏輯地址劃分是由系統(tǒng)自動進(jìn)行，對用戶是透

5、明。 頁內(nèi)地址長度是由頁大小決定，邏輯地址中頁內(nèi)地址占用低位部分，高位部分為頁號。第7頁第7頁 假定一個系統(tǒng)邏輯地址為16位，頁面大小為1KB，則邏輯地址低10位（210=1KB），被解釋成頁內(nèi)地址W，而高6位則為頁號P，地址結(jié)構(gòu)下列： 頁號P(6位) 頁內(nèi)地址W(10位)15100第8頁第8頁2.動態(tài)地址變換機(jī)構(gòu)（DAT：Dynamic AT） 現(xiàn)假設(shè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中有下列指令： L R1, D2 ( X2, B2 ) 其中，X2、B2、D2 分別為第二操作數(shù)中使用變址存儲器、 基址存儲器和位移量， R1 是第一操作數(shù)通用存儲器。 其指令格式為： LR1X2B2D20 7 8 11 12 15

6、16 19 20 31第9頁第9頁 該指令有效地址為 24 位。所以，邏輯地址空間最大可達(dá) 224=16 MB。 現(xiàn)在假設(shè)頁面大小為 4 KB，邏輯地址空間最多有 4096 個頁面，每個頁面 4096 個字節(jié)。則 24 位有效地址被劃分為兩部分，前 12 位為頁號，后 12 位為頁內(nèi)地址。以下圖所表示： 頁 號 頁內(nèi)地址 0 7 8 19 20 31 第10頁第10頁 動態(tài)地址變換機(jī)構(gòu)自動地將所有地址劃分為頁號和頁內(nèi)地址兩部分。 再利用PMT表將頁號代之以塊號，就得到了需要物理存儲地址。 假定：既有 作業(yè)2 第0頁 上一條取數(shù)指令 LR1，D2( X2， B2 )，CPU產(chǎn)生一個有效地址為：

7、000000000010( 2 )000010010000( 144 )0 7 8 19 20 31 第11頁第11頁下圖為在動態(tài)地址變換機(jī)構(gòu)下地址重定位情況：有效地址LR1B2D2X2（2）0000 0000 0010（144）0000 1001 0010頁號頁內(nèi)地址頁號塊號頁面變換表（7）0000 0000 0111（144）0000 1001 0010(塊6)(塊8)(塊7)144247012255第12頁第12頁3.高速頁面變換存儲器（1）引入高速頁面變換存儲器原因 為了提升從作業(yè)地址空間到物理地址空間變換速度，可采用硬件高速存儲器來實(shí)現(xiàn)。 同時，由于任一時刻在處理機(jī)中只有一個作業(yè)在執(zhí)

8、行，因此只需要一組高速存儲器就可滿足要求。第13頁第13頁（2）高速頁面變換存儲器詳細(xì)使用情況 假定頁面大小為4KB，對于一個100KB作業(yè)來說，需要25個高速存儲器。 由于高速存儲器硬件成本比較高，因此它適合用于地址空間小作業(yè)。 假如系統(tǒng)中作業(yè)大小都在64KB下列，那么只需要16個存儲器就夠了，每個存儲器位數(shù)可依據(jù)主存最大存儲塊號擬定。第14頁第14頁 在多道程序環(huán)境下，當(dāng)處理機(jī)把控制轉(zhuǎn)移到另一新作業(yè)時，應(yīng)保留原作業(yè)存儲器內(nèi)容并重置相應(yīng)新作業(yè)存儲器內(nèi)容(存儲塊號)。 第15頁第15頁4.聯(lián)想存儲器（1）采用頁面變換表和高速存儲器不足 作業(yè)在執(zhí)行過程中，每條指令執(zhí)行都必須進(jìn)行地址變換。頁面變換

9、表引入決定了：每條指令必須訪問主存兩次。第一次把頁號變成物理塊號，第二次依據(jù)物理塊號實(shí)際存取所需數(shù)據(jù)或指令。 這樣做結(jié)果是，增長了指令執(zhí)行機(jī)器時間，減少了計(jì)算機(jī)執(zhí)行速度。第16頁第16頁 假如采用高速存儲器，當(dāng)用戶作業(yè)地址空間較大時，又會需要大量存儲器資源，造成硬件開銷較大。（2）使用聯(lián)想存儲器 為了加快地址映射速度，又不增長過多硬件開銷，利用少許存儲器及其管理機(jī)構(gòu)構(gòu)成較小存儲器，稱為“聯(lián)想存儲器或快表”。 第17頁第17頁 快表中，存儲當(dāng)前正在運(yùn)營最慣用、最近作業(yè)頁號和塊號。在進(jìn)行邏輯頁和物理塊映射時，現(xiàn)在快表中進(jìn)行查找，假如能夠進(jìn)行映射則完畢地址映射，假如不能完畢，再從頁面變換表中進(jìn)行查詢

10、。 這樣，就確保了最近一段時間內(nèi)被訪問作業(yè)，能夠不需要每次都進(jìn)行新一輪地址映射，大大節(jié)約了時間開銷，也節(jié)約了硬件開銷。 如后圖所表示。 第18頁第18頁aPW頁號塊號PB頁號塊號Pbbw邏輯地址聯(lián)想存儲器物理地址 頁表21132快表查找 頁表查找 頁表中查找到頁號、塊號更新快表 圖：采用快表和頁表相結(jié)合分頁地址變換過程示意圖第19頁第19頁4.3.3 分頁管理存儲保護(hù) 分頁式存儲管理中存儲信息保護(hù)可從兩個方面實(shí)現(xiàn)。 （1）一個方面是在進(jìn)行地址變換時，產(chǎn)生頁號應(yīng)小于頁表長度，不然視為越界訪問，這類似于基址 - 限長存儲保護(hù)。 （2）在頁表中增長存取控制和存儲保護(hù)信息，對每一個存儲塊，可允許四種保護(hù)方式：第20頁第20頁 嚴(yán)禁做任何操作； 只能執(zhí)行； 只能讀； 能讀/寫。 當(dāng)要訪問某頁時，先判斷該頁存取控制和存儲保護(hù)信息是否允許。添加了存取控制信息頁表表項(xiàng)下列所表示：頁號塊號存取控制信息第21