操作系统课件第4章存储管理

4.3页式存储管理4.3.1基本思想（工作原理）1.目标程序逻辑地址的划分把目标程序按逻辑地址划分成大小相等的部分,称为页(逻辑页)。从0开始编制页号,页内地址是相对于0编址。

页号P页内位移量W0111223编号0~4095相对地址0~4095逻辑地址用户程序的划分是由系统自动完成的,对用户是透明的。一页的大小一般为2的整数次幂,地址的高位部分为页号,低位部分为页内地址(页内位移量)

2.内存物理空间的划分：

按页的大小划分为大小相等的区域，称为页框(物理页面)

3.内存分配：

以页为单位进行分配，并按进程的页数多少来分配。逻辑上相邻的页，物理上不一定相邻。4.页表(页面映像表)和地址映射：

建立页表,给出逻辑地址页号和内存物理块号对应的关系,通过它进行地址映射。0页1页2页3页4页5页6页0123456进程的地址空间块号页号页表主存中页框（物理块）存取控制4.3.2管理1.建立页表：系统为每个进程都建立了一个页表。2.空块管理——总页表3.内存的分配与回收计算一个进程所需要的总块数N查总页表,看是否还有N个空闲块如果有相应空闲块,则申请页表区,把页表起始地址填入PCB,页表长度为N。分配N个空闲块,将块号(物理块)填入页表修改总页表4.页面大小的选择小页面的优缺点、大页面的优缺点b页号块号越界中断页表长度l比较P>l页表始址p0+页号p页内地址dbd物理地址寄存器页表寄存器逻辑地址页表01..4.3.3地址变换机构1.基本地址变换机构页表和页表寄存器(页表始址p0,页表长度l)0080034C82AC4C8比较0123+2AC2.具有快表的地址变换机构硬件支持1)页表寄存器一对：页表始址寄存器:页表始址p0

页表长度寄存器:页表长度l2)联想寄存器(68030有22个,80486有32个)—快表它是介于内存与寄存器之间的存储机制,为加快地址变换速度而设置;它的访问速度比页表快一个数量级,它保存着正在运行进程的页表的子集(部分表项)。存放当前频繁访问的那些页表项,快表项含:1)页号2)页在内存的块号3)标识(状态)位4)淘汰位b页号块号越界中断页表长度l比较P>lpb快表页号块号页表始址p0+页号p页内地址d物理地址寄存器页表寄存器逻辑地址地址映射机制页表01...bdCPU给出有效逻辑地址后,自动将页号与快表中的所有页号进行比较有则直接读出对应的物理块号送物理地址寄存器中无则继续按页号检索页表,在页表中读出物理块号送物理地址寄存器中并同时修改快表,使快表中始终保持着最近频繁访问的页信息。实际上快表和页表检索同时进行快表查到则终止检索页表,没查到则继续检索页表上述过程全部由硬件实现,并行性好速度快。008比较034C84C82AC032AC+2AC2AC032ACCPU给出有效逻辑地址后,自动将页号与快表中的所有页号进行比较,有则直接读出对应的物理块号送物理地址寄存器中,无则继续按页号检索页表,在页表中读出对应的物理块号送物理地址寄存器中,并同时修改快表,使快表中始终保持着最近频繁访问的页信息。实际上快表和页表检索是同时进行的,快表查到则终止检索页表,没查到则继续检索页表。上述过程全部由硬件实现,并行性好速度快。其中:物理块号b的地址=页表始址+页号*页表项长度物理地址P=物理块号*页的大小+页内地址快表的命中率一般为：80%~90%页式管理的优点:

解决了碎片问题、便于管理缺点:

不易实现共享、不便于动态连接4.3.3两级和多级页表

对于32位逻辑地址空间,页面大小为4096B则页表项可达1兆,整个页表最多可占4兆连续空间,可采用两级或多级(64位)页表来解决这一问题。每页最多可容纳1024个页表项,将1兆个页表项分为1024个子表,子表分页存储在内存中,每个子表有1024个页表项。建立一个外层页表,它的每个页表项存储各子表的物理块号,经过两级查表即可得到逻辑地址页对应的物理块号。逻辑地址结构为：

31222112110外部页号p1

内层页号p2

页内地址d01...0页页表主存中页框（物理块）01...1页页表......01...外部页表地址映射机制b1

l1越界中断页表长度l比较p1p2b快表页号块号页表始址p0+外部页号p1内层页号p2页内地址dbd物理地址寄存器外部页表寄存器逻辑地址外部页表01...比较b01..+p1号页表比较外部页号p1内层页号p2页内地址ddp1p2bbb1

l1+比较b+bp1p2b4.3.4反置页表

当逻辑地址非常大时,页表项占内存太多,用反置页表可以减少此项开销,它将页表反置,即页表项内容是逻辑页号和进程标识符,表项的顺序按物理块号排序,所有加载在内存的进程公用一个反置页表,进行地址变换时,用进程标识符和页号检索反置页表,查不到时则按一定的算法置换,将该页调入内存;因此在外存上每个进程都有一个外部页表,该表中包含了该进程每页在外存中的物理位置。根据它可将所需页调入内存。为了加快地址变换时用进程标识符和页号检索的查找速度,可利用哈希表,还应有相应的解决冲突的方法。4.4段式存储管理

4.4.1基本思想（工作原理）用户需要:信息共享,信息保护,动态增长,动态链接1.用户程序划分程序的地址空间按自身的逻辑关系划分为若干个段,每个段定义了一组逻辑信息。例如:主程序段Main,子程序段X,子程序段Y,数据段D,堆栈段S等;每个段都有自己的名字,可用段号来代替段名,段号从0开始编号。每个段内都也从0开始编址,段内地址空间是连续的,各段的长度不等。整个程序的地址空间是二维的,段号维和段内地址维。

程序逻辑地址:段号段内地址...0S堆栈段[S]主程序段[M]......0EP子程序段[X]0K...CALL[X][E].........CALL[Y][F]CALL[A]116......0FL子程序段[Y]0116N数据段[D]12345...例如：2.内存物理空间的划分内存空间被动态的划分为若干个长度不相同的物理段,每个物理段由起始地址和长度确定。3.内存分配

以段为单位分配内存,每个段在内存中占据连续空间(内存随机分割,需要多少分配多少),但各段之间可以不连续存放。4.通过段表进行地址映射段表记录各段的首(地)址和长度.....S0RD0NY0LX0PM0K逻辑段号逻辑地址空间PKRLN主存K320kP150kL600kN800kR500k长度段首址OS100k320k500k600k800k150k段表4.4.2管理1.每个程序设一个段表2.空闲块管理：记录空闲区起始地址和长度3.内存的分配算法：首先适配；最佳适配；最坏适配段号段首址段长度

050k40k1120k110k2260k220k4.4.3地址变换机制硬件支持1.一对寄存器：段表始址寄存器:保存运行进程的段表始址Cb段表长度寄存器:保存运行进程的段表长度Cl2.相联寄存器—快表(并行快速查找)

它是介于内存与寄存器之间的存储机制,为加快地址变换速度而设置;它的访问速度比段表快一个数量级,它保存着正在运行进程的段表的子集(部分表项)。存放当前频繁访问的那些段表项,表项含:段号；段始址；段长度；标识(状态)位；访问位，淘汰位段表长度Cl段表始址Cb+段号S位移量d比较b+d比较段表段号

段长基址S>=Cl快表物理地址寄存器控制寄存器有效逻辑地址lbSlbd>=l地址映射及存储保护机制地址越界地址越界01...+段式管理的优点：便于动态申请内存易于保护、便于共享、可动态链接、可动态增长缺点：产生碎片分页和分段的主要区别页是物理单位,分页是为了消减内存的外零头以提高内存的利用率,仅仅是系统的需要。段是逻辑单位,分段是为了更好地满足用户需要。页的大小固定且由系统确定,分页由硬件实现。段的长度不固定,由编译时根据程序信息来划分。分页的作业地址空间是一维的线性空间。标识地址时,只需给出一个逻辑地址。分段的作业地址空间是二维的,标识地址时,必须给出段名和段内地址。4.4.4段的共享与保护P122

分页系统中的共享:图4-18

分段系统中的共享:图4-19纯码数据1进程1段长基址纯码数据1段长基址分段系统中的共享:图4-19页表0页1页2页3页4页01234进程1块号页号存取控制0页1页2页3页4页5页6页0123456进程2纯码数据数据分页系统中的共享:图4-184.5段页式存储管理4.5.1产生背景及基本思想背景：结合了二者优点、克服了二者的缺点即：提高利用率，满足用户要求基本思想：用户程序划分:按段式划分(对用户来讲,按段的逻辑关系进行划分;对系统讲,按页划分每一段)

逻辑地址：内存划分：按页式存储管理方案内存分配：以页为单位进行分配

段内地址段号页号页内地址4.5.2管理1.段表：记录了每一段的页表始址和页表长度2.页表：记录了逻辑页号与内存块号的对应关系。（每一段有一个，一个程序可能有多个页表）3.空块管理：4.分配：同页式管理硬件支持段表始址寄存器段表长度寄存器相联存储器（快表）地址映射机制与两级页表相似b1

l1越界中断段表长度Cl比较s

pb快表段页号块号段表始址Cb+段号s

段内页号p

页内地址dbd物理地址寄存器段表寄存器逻辑地址段表01...比较b01..+S段页表本段页表始址长度8.页式存储管理(系统需要,解决碎片)

离散分配方式、页面大小的选择建进