第43基本頁式存儲管理分析課件

基本分頁存儲管理計算機科學(xué)技術(shù)學(xué)院：曹梅

操作系統(tǒng)原理

課程分區(qū)4分區(qū)3分區(qū)2分區(qū)1連續(xù)分配方式（分區(qū)管理）回顧：1.固定分區(qū)2.可變分區(qū)進程1進程2進程4內(nèi)碎片進程3進程1進程2進程3進程4外碎片內(nèi)存的用戶可用空間導(dǎo)入：經(jīng)過一段時間的分配回收后，內(nèi)存中存在很多很小的不可利用的空閑空間碎片（零頭）。操作系統(tǒng)區(qū)用戶程序1用戶程序6用戶程序310KB30KB14KB用戶程序926KBa)緊湊前操作系統(tǒng)區(qū)用戶程序1用戶程序6用戶程序3用戶程序980KBb)緊湊后導(dǎo)入：PC機上最有發(fā)展前途的管理模式固定分區(qū)離散存儲+基本分頁存儲管理－實分頁

新授：引例中國好聲音香港行這么多人，住在哪里好呢？五星級大酒店前提：1.酒店的全部客房都是標(biāo)準(zhǔn)的雙人間。2.我們團隊的性別比例很合適的哦！(共82人)入住登記表”您好！請問酒店現(xiàn)在有空房間嗎？我需要41個標(biāo)準(zhǔn)間，歡迎光臨，您需要的41個標(biāo)準(zhǔn)間我們可以提供.但是它們不在同一樓層，房間號也不連續(xù)！1組1號曹麗雪205號房間2號郭穎2組3號曹偉磊206號房間4號何晶3組5號黃雪萍211號房間6號賈倩……………………41組82號藺秀瑩415號房間基本分頁存儲管理－實分頁

一、實現(xiàn)原理1.內(nèi)存空間的劃分：將內(nèi)存空間等分成若干物理塊（也稱為頁框frame、頁架、幀），并按物理地址遞增的順序連續(xù)編號為0，1，2…塊新授：“酒店客房”

內(nèi)存空間0#1#3#2#4#5#…低地址高地址基本分頁存儲管理－實分頁

2.虛擬空間的劃分：進程的虛擬空間劃分成一系列與物理塊大小相等的頁（也稱為頁面），并按邏輯地址遞增的順序連續(xù)編號為0，1，2…頁新授：“客人分組”進程的虛擬空間0頁1頁2頁一、實現(xiàn)原理基本分頁存儲管理－實分頁

3.內(nèi)存分配：若進程的總頁數(shù)不大于內(nèi)存中的可用塊數(shù)，系統(tǒng)就可以以頁為單位離散分配，并在內(nèi)存中為該進程建立一個能夠反映其邏輯頁與物理塊映射關(guān)系的“頁表”。新授：“入住登記表”一、實現(xiàn)原理進程的頁表頁號塊號存取控制字段基本分頁存儲管理原理圖示Os區(qū)進程B013245內(nèi)存空間……進程A的虛擬空間0頁1頁2頁0頁1頁2頁進程A的頁表頁號塊號021325后果塊大小由硬件決定，頁面大小要適中，常為2的冪字節(jié)，一般為512B～4KB。1.基本上解決了碎片問題。2.實現(xiàn)了由連續(xù)存儲到離散存儲的飛躍。基本分頁存儲管理一起來分析：后果塊大小思考為什么塊尺寸太大或太小都不好？基本分頁存儲管理一起來分析：新授：例如：對8B的進程虛擬空間按頁大小為2B進行分頁。0頁1頁2頁3頁0B1B2B3B4B5B6B7B邏輯地址如何表示？7＝3

*

2

+

1邏輯頁號頁內(nèi)偏移量頁大小簡化的動態(tài)重定位方法二、地址轉(zhuǎn)換

P=[A/L]1.邏輯地址結(jié)構(gòu)：十進制表示A——邏輯地址L——頁面大小P——頁號W——頁內(nèi)地址新授：

A=P*L＋WW=A%L二、地址轉(zhuǎn)換頁號P頁內(nèi)地址W0ii-1n－1新授：二進制表示1.邏輯地址結(jié)構(gòu)：對于n位的邏輯地址，設(shè)頁大小為2i字節(jié)。高n－i位低i位2.物理地址結(jié)構(gòu)：A’—物理地址L—塊大小P‘—塊號W’—塊內(nèi)地址新授：類似于邏輯地址

A‘=P’*L＋W‘頁號P頁內(nèi)地址W塊號P’塊內(nèi)地址W‘查頁表對比發(fā)現(xiàn)：二、地址轉(zhuǎn)換由地址變換機構(gòu)實現(xiàn)3.地址轉(zhuǎn)換過程：新授：頁表頁表寄存器PTR(TableRegister)二、地址轉(zhuǎn)換頁表始址頁表長度頁表寄存器PTR+頁號P頁內(nèi)地址W邏輯地址A…0頁號塊號…P頁表越界中斷新授：NY>塊號P’塊內(nèi)地址W’物理地址A’…P‘……內(nèi)存地址轉(zhuǎn)換過程圖當(dāng)執(zhí)行一條指令需訪問內(nèi)存兩次4.具有快表的地址變換機構(gòu)為提高效率，克服兩次訪存的弊端,在地址變換機構(gòu)中，增設(shè)一個具有并行查找能力的高速緩沖寄存器，又稱“聯(lián)想寄存器”(AssociativeMemory)或“快表”,用以存放當(dāng)前被頻繁訪問的頁面號和對應(yīng)的頁表項?？毂硪话阒淮娣?6--512表項，表滿時需進行淘汰。由于程序和數(shù)據(jù)的訪問有局部性，所以快表“命中率”可達90%以上。新授：二、地址轉(zhuǎn)換具有塊表的地址變換機構(gòu)新授：頁表始址頁表長度頁表寄存器PTR+頁號P頁內(nèi)地址W邏輯地址A…0頁號塊號…P頁表越界中斷NY>塊號P’塊內(nèi)地址W’物理地址A’…P‘……內(nèi)存頁號塊號P’快表例：設(shè)訪問主存時間為200ms,訪問聯(lián)想存貯器為40ms，命中率為90％，則平均存取時間為多少？查頁表兩次訪存：平均為200＋200＝400ms查塊表、頁表(200+40)×90％＋(200+200)×10％＝256ms解：方法1：只設(shè)頁表方法2：增加快表小練習(xí)兩級頁表結(jié)構(gòu)擴充：1.相關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)1）頁表：每個進程一個頁表，存在于內(nèi)存的OS空間，記錄各個邏輯頁到物理塊之間的映射關(guān)系及頁內(nèi)存取控制權(quán)限等。新授：三、分配與回收2）請求表：整個系統(tǒng)一個表，存放每個進程請求分配的頁面數(shù)及實際分配給它的內(nèi)存空間的頁表信息、請求是否得到滿足等。進程號請求塊數(shù)頁表始址頁表長度狀態(tài)1.相關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)3）內(nèi)存分配表－－位示圖整個系統(tǒng)一個表，存在于內(nèi)存的OS空間，用比特位來記錄內(nèi)存每一塊是否已分配的信息。（如：1－已分；0－未分）新授：三、分配與回收舉例：已知某系統(tǒng)內(nèi)存的可分配區(qū)被分為256塊，則位示圖需占用256/8＝32字節(jié)的內(nèi)存空間。0100111010010100

……

000110010131…017…4）空閑頁面鏈：不占額外的內(nèi)存空間

2.分配新授：三、分配與回收修改空閑頁表。請求N個頁面查空閑頁面表，看看是否還有N個空閑頁面如有相應(yīng)空閑頁面，則頁表長度為N填入請求表中（申請頁表，把頁表始址填入請求表）。分配N個空閑頁面，將頁面號和頁號填入頁表（頁表號實際不用填）。3.回收：刪除頁表，并將歸還的塊對應(yīng)的位由1置為01.共享若兩個進程的某2個邏輯頁號對應(yīng)的物理塊號相同，則可達到共享該塊的目的。新授：四、共享與保護013245內(nèi)存022513頁表10314頁表22.保護1）越界檢查2）存取控制檢查：在頁表中設(shè)置相應(yīng)的位－可讀、可寫、可執(zhí)行新授：四、共享與保護答：2）對邏輯地址（2500）D：P＝int（2500／1K）＝2W＝2500％1K＝452由已知，頁號P＝2對應(yīng)的頁面號P’＝4，邏輯（2500）D對應(yīng)物理地址＝P’×1K＋W＝（4548）D

例1：一個分頁式存儲管理系統(tǒng)中，用戶虛擬空間每頁1KB，假定某時刻用戶的第0，1，2，3頁分別分配的物理塊號為10，8，4，17，將邏輯地址（2500）D轉(zhuǎn)換為物理地址。練習(xí)：例2：設(shè)虛擬地址為(7101)8,每一物理塊為128字節(jié),請描述如何進行地址重定位?128＝27(7101)8＝(111,001,000,001)2=(3 4 101)8頁號為(34)8,偏移量為(101)8,塊號p’由頁表指定，偏移量w’不變，按A‘=p’*L＋w’形成物理地址。練習(xí)：解惑:＝(11,1001,000,001)21：有一系統(tǒng)采用頁式存儲管理，有一作業(yè)大小是8KB，頁大小為2KB，依次裝入內(nèi)存的第7、9、10、5塊，試將十進制邏輯地址7145，3412轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的物理地址。（電子作業(yè)文檔詳見網(wǎng)絡(luò)平臺）作業(yè)：基本分頁存儲管理－實分頁

1.基本分頁管理--原