第43基本頁(yè)式存儲(chǔ)管理分析課件

基本分頁(yè)存儲(chǔ)管理計(jì)算機(jī)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(jìn)程1進(jìn)程2進(jìn)程4內(nèi)碎片進(jìn)程3進(jìn)程1進(jìn)程2進(jìn)程3進(jìn)程4外碎片內(nèi)存的用戶可用空間導(dǎo)入：經(jīng)過(guò)一段時(shí)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(jī)上最有發(fā)展前途的管理模式固定分區(qū)離散存儲(chǔ)+基本分頁(yè)存儲(chǔ)管理－實(shí)分頁(yè)

新授：引例中國(guó)好聲音香港行這么多人，住在哪里好呢？五星級(jí)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(tuán)隊(duì)的性別比例很合適的哦！(共82人)入住登記表”您好！請(qǐng)問(wèn)酒店現(xiàn)在有空房間嗎？我需要41個(gè)標(biāo)準(zhǔn)間，歡迎光臨，您需要的41個(gè)標(biāo)準(zhǔn)間我們可以提供.但是它們不在同一樓層，房間號(hào)也不連續(xù)！1組1號(hào)曹麗雪205號(hào)房間2號(hào)郭穎2組3號(hào)曹偉磊206號(hào)房間4號(hào)何晶3組5號(hào)黃雪萍211號(hào)房間6號(hào)賈倩……………………41組82號(hào)藺秀瑩415號(hào)房間基本分頁(yè)存儲(chǔ)管理－實(shí)分頁(yè)

一、實(shí)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(yè)框frame、頁(yè)架、幀），并按物理地址遞增的順序連續(xù)編號(hào)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(yè)存儲(chǔ)管理－實(shí)分頁(yè)

2.虛擬空間的劃分：進(jìn)程的虛擬空間劃分成一系列與物理塊大小相等的頁(yè)（也稱為頁(yè)面），并按邏輯地址遞增的順序連續(xù)編號(hào)為0，1，2…頁(yè)新授：“客人分組”進(jìn)程的虛擬空間0頁(yè)1頁(yè)2頁(yè)一、實(shí)現(xiàn)原理基本分頁(yè)存儲(chǔ)管理－實(shí)分頁(yè)

3.內(nèi)存分配：若進(jìn)程的總頁(yè)數(shù)不大于內(nèi)存中的可用塊數(shù)，系統(tǒng)就可以以頁(yè)為單位離散分配，并在內(nèi)存中為該進(jìn)程建立一個(gè)能夠反映其邏輯頁(yè)與物理塊映射關(guān)系的“頁(yè)表”。新授：“入住登記表”一、實(shí)現(xiàn)原理進(jìn)程的頁(yè)表頁(yè)號(hào)塊號(hào)存取控制字段基本分頁(yè)存儲(chǔ)管理原理圖示Os區(qū)進(jìn)程B013245內(nèi)存空間……進(jìn)程A的虛擬空間0頁(yè)1頁(yè)2頁(yè)0頁(yè)1頁(yè)2頁(yè)進(jìn)程A的頁(yè)表頁(yè)號(hào)塊號(hào)021325后果塊大小由硬件決定，頁(yè)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(wèn)題。2.實(shí)現(xiàn)了由連續(xù)存儲(chǔ)到離散存儲(chǔ)的飛躍?；痉猪?yè)存儲(chǔ)管理一起來(lái)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(yè)存儲(chǔ)管理一起來(lái)分析：新授：例如：對(duì)8B的進(jìn)程虛擬空間按頁(yè)大小為2B進(jìn)行分頁(yè)。0頁(yè)1頁(yè)2頁(yè)3頁(yè)0B1B2B3B4B5B6B7B邏輯地址如何表示？7＝3

*

2

+

1邏輯頁(yè)號(hào)頁(yè)內(nèi)偏移量頁(yè)大小簡(jiǎn)化的動(dòng)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(jìn)制表示A——邏輯地址L——頁(yè)面大小P——頁(yè)號(hào)W——頁(yè)內(nèi)地址新授：

A=P*L＋WW=A%L二、地址轉(zhuǎn)換頁(yè)號(hào)P頁(yè)內(nèi)地址W0ii-1n－1新授：二進(jìn)制表示1.邏輯地址結(jié)構(gòu)：對(duì)于n位的邏輯地址，設(shè)頁(yè)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(hào)W’—塊內(nèi)地址新授：類似于邏輯地址

A‘=P’*L＋W‘頁(yè)號(hào)P頁(yè)內(nèi)地址W塊號(hào)P’塊內(nèi)地址W‘查頁(yè)表對(duì)比發(fā)現(xiàn)：二、地址轉(zhuǎn)換由地址變換機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)3.地址轉(zhuǎn)換過(guò)程：新授：頁(yè)表頁(yè)表寄存器PTR(TableRegister)二、地址轉(zhuǎn)換頁(yè)表始址頁(yè)表長(zhǎng)度頁(yè)表寄存器PTR+頁(yè)號(hào)P頁(yè)內(nèi)地址W邏輯地址A…0頁(yè)號(hào)塊號(hào)…P頁(yè)表越界中斷新授：NY>塊號(hào)P’塊內(nèi)地址W’物理地址A’…P‘……內(nèi)存地址轉(zhuǎn)換過(guò)程圖當(dāng)執(zhí)行一條指令需訪問(wèn)內(nèi)存兩次4.具有快表的地址變換機(jī)構(gòu)為提高效率，克服兩次訪存的弊端,在地址變換機(jī)構(gòu)中，增設(shè)一個(gè)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(wèn)的頁(yè)面號(hào)和對(duì)應(yīng)的頁(yè)表項(xiàng)。快表一般只存放16--512表項(xiàng)，表滿時(shí)需進(jìn)行淘汰。由于程序和數(shù)據(jù)的訪問(wèn)有局部性，所以快表“命中率”可達(dá)90%以上。新授：二、地址轉(zhuǎn)換具有塊表的地址變換機(jī)構(gòu)新授：頁(yè)表始址頁(yè)表長(zhǎng)度頁(yè)表寄存器PTR+頁(yè)號(hào)P頁(yè)內(nèi)地址W邏輯地址A…0頁(yè)號(hào)塊號(hào)…P頁(yè)表越界中斷NY>塊號(hào)P’塊內(nèi)地址W’物理地址A’…P‘……內(nèi)存頁(yè)號(hào)塊號(hào)P’快表例：設(shè)訪問(wèn)主存時(shí)間為200ms,訪問(wèn)聯(lián)想存貯器為40ms，命中率為90％，則平均存取時(shí)間為多少？查頁(yè)表兩次訪存：平均為200＋200＝400ms查塊表、頁(yè)表(200+40)×90％＋(200+200)×10％＝256ms解：方法1：只設(shè)頁(yè)表方法2：增加快表小練習(xí)兩級(jí)頁(yè)表結(jié)構(gòu)擴(kuò)充：1.相關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)1）頁(yè)表：每個(gè)進(jìn)程一個(gè)頁(yè)表，存在于內(nèi)存的OS空間，記錄各個(gè)邏輯頁(yè)到物理塊之間的映射關(guān)系及頁(yè)內(nèi)存取控制權(quán)限等。新授：三、分配與回收2）請(qǐng)求表：整個(gè)系統(tǒng)一個(gè)表，存放每個(gè)進(jìn)程請(qǐng)求分配的頁(yè)面數(shù)及實(shí)際分配給它的內(nèi)存空間的頁(yè)表信息、請(qǐng)求是否得到滿足等。進(jìn)程號(hào)請(qǐng)求塊數(shù)頁(yè)表始址頁(yè)表長(zhǎng)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(gè)系統(tǒng)一個(gè)表，存在于內(nèi)存的OS空間，用比特位來(lái)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(yè)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(yè)表。請(qǐng)求N個(gè)頁(yè)面查空閑頁(yè)面表，看看是否還有N個(gè)空閑頁(yè)面如有相應(yīng)空閑頁(yè)面，則頁(yè)表長(zhǎng)度為N填入請(qǐng)求表中（申請(qǐng)頁(yè)表，把頁(yè)表始址填入請(qǐng)求表）。分配N個(gè)空閑頁(yè)面，將頁(yè)面號(hào)和頁(yè)號(hào)填入頁(yè)表（頁(yè)表號(hào)實(shí)際不用填）。3.回收：刪除頁(yè)表，并將歸還的塊對(duì)應(yīng)的位由1置為01.共享若兩個(gè)進(jìn)程的某2個(gè)邏輯頁(yè)號(hào)對(duì)應(yīng)的物理塊號(hào)相同，則可達(dá)到共享該塊的目的。新授：四、共享與保護(hù)013245內(nèi)存022513頁(yè)表10314頁(yè)表22.保護(hù)1）越界檢查2）存取控制檢查：在頁(yè)表中設(shè)置相應(yīng)的位－可讀、可寫(xiě)、可執(zhí)行新授：四、共享與保護(hù)答：2）對(duì)邏輯地址（2500）D：P＝int（2500／1K）＝2W＝2500％1K＝452由已知，頁(yè)號(hào)P＝2對(duì)應(yīng)的頁(yè)面號(hào)P’＝4，邏輯（2500）D對(duì)應(yīng)物理地址＝P’×1K＋W＝（4548）D

例1：一個(gè)分頁(yè)式存儲(chǔ)管理系統(tǒng)中，用戶虛擬空間每頁(yè)1KB，假定某時(shí)刻用戶的第0，1，2，3頁(yè)分別分配的物理塊號(hào)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(qǐng)描述如何進(jìn)行地址重定位?128＝27(7101)8＝(111,001,000,001)2=(3 4 101)8頁(yè)號(hào)為(34)8,偏移量為(101)8,塊號(hào)p’由頁(yè)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(yè)式存儲(chǔ)管理，有一作業(yè)大小是8KB，頁(yè)大小為2KB，依次裝入內(nèi)存的第7、9、10、5塊，試將十進(jìn)制邏輯地址7145，3412轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的物理地址。（電子作業(yè)文檔詳見(jiàn)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)）作業(yè)：基本分頁(yè)存儲(chǔ)管理－實(shí)分頁(yè)

1.基本分頁(yè)管理--原