《计算机操作系统 》课件-4.3分页存储管理方式

4.3页式存储管理方式4.3.1页式存储管理基本原理页面page程序的地址空间被等分成大小为2k的片段，这些片段称为页面，又称为虚页。页框frame物理内存也被等分成大小相等的片，称为主存块、物理块、页框，又称为实页。页面大小＝页框大小图4-7分页系统示意图逻辑地址结构页号P页内位移量d（又称为页内地址）页面的大小决定页内地址的位数，页号位数决定了逻辑地址空间中页面的总数。问题：如果逻辑地址长度为16位，页面大小为1KB时，请给出逻辑地址的构成。图4-8分页系统逻辑地址结构示意图页号p和页内地址d的计算公式P=INT[A/L]向下取整数d=[A]modL取余例题4-3：某32位系统，页面大小为1KB，对于逻辑地址3150，试确定逻辑地址的结构，并计算页号和页内地址。解答：因为页面大小1KB=210KB，所以页内地址为0-9位共10位，页号为10-31位共22位。P=INT[3150/1024]=3

d=[3150]mod1024=78所以，页号为3，页内地址为78。页表pagetable系统为每个进程设置了一张页号到物理块号的映射表，称为页表。页表项PTE包含页号和块号，但是实际只存储块号。

例题4-4：某分页系统页面大小为4KB，每个PTE占用4B，若某进程大小为120MB，请计算回答：（1）每个页面可以存储几个PTE？（2）该进程的页表占用多少内存？（3）该进程的页表需要多少页面存储？解答：（1）每个页面可以存储4KB/4B=1024个PTE。（2）进程的页数=120MB/4KB=30720个，即PTE数量页表大小=30720×4B=120KB（3）存储页表需要的页面数=30720/1024=30页所以共需30个页面才能存储该进程的页表。在前述计算页号、页内地址并查询物理块号F的基础之上，可以计算得物理地址：A'=F×L+d式中A'为物理地址，F为页面所对应的物理块号，L为页面大小，d为页内地址。地址映射与越界保护如果页号超过页表长度，则产生“地址越界”中断，于是停止指令的执行，操作系统进行越界中断处理。图4-10分页存储管理的地址映射机构例：已知某分页系统，主存容量为64k，页面大小为1k，对一个4页大的作业，第0、1、2、3页被分配到内存的2、4、6、7块中。求：将十进制的逻辑地址1023、2500、4500转换成物理地址。解:(1)1023/1K，得到页号为0，页内地址1023。又对应的物理块号为2，故物理地址为2*1k+1023=3071(2)2500/1K，得到页号为2，页内地址452又对应的物理块号为6，故物理地址为6*1k+452=6596(3)4500/1K，得到页号为4，页内地址404因为页号不小于页表长度，故产生越界中断地址变换举例：一个进程的页表如图所示，页面大小为1KB，将逻辑地址0A5C(H)转换为物理地址。进程页表页号块号051102437答案：125C(H)例题4-5：某分页系统逻辑地址20位，其页面大小为2KB。某进程共三页依次放入2、3、7号物理块，请回答如下问题：（1）该系统逻辑地址结构是怎样的？进程最多可以有多少个页面？（2）逻辑地址2500对应的物理地址是多少？（3）逻辑地址15ACH对应的物理地址是多少？解答：（1）因为页面2KB=211，所以逻辑地址0～10为页内地址，11～19为页号。（2）页号P=2500/2048=1，页内地址d=2500%2048=452，查页表可知1号页对应的块号为3，则实际物理地址=3×2048+452=6569（3）逻辑地址15ACH的二进制形式为00010|10110101101根据（1）中逻辑地址结构，可知页号为010B=2D，查页表可得物理块号为7D=111B，所以物理地址为：00111|10110101101，即3CACH。考研例题西北工业大学（2002）设有8页的逻辑空间，每页有1024字节，它们被映射到32块的物理存储区中，那么逻辑地址的有效位是__位，物理地址至少是__位。分析逻辑地址有两个部分组成：页号和页内偏移地址。逻辑空间有8（23）页，说明页号需要3个二进制位描述，而每页有1024（210）字节，说明页内偏移地址为10二进制位描述，因此逻辑地址的有效位为3+10=13位。因为物理地址与逻辑地址的页面大小相同，而物理存储块为32（25）占5位，所以物理地址至少为5+10=15位页表存储在内存中，需要增加一次访问内存，导致一次访存变为两次访存。严重影响访存的时间，从而导致指令执行性能下降。页式地址变换过程会带来什么问题？主存管理——页式存储管理采用联想存储器加快查表速度①

什么是联想存储器TLB(TranslationLookasideBuffer)

高速、小容量半导体存储部件，又称缓冲存储器。具有并行查找能力②

快表在缓冲存储器中存放正在运行的进程当前用到的页号和对应的块号，又称为快表。图4-11带快表的分页系统地址变换机构思考题如果一个程序占用200M大小的内存空间，它的页表需要多大的内存空间存储？既然页表也存储在内存中，那么如果页表比一个页面还要大会怎么样？主存管理——页式存储管理016002k进程地址空间…页号012345399940000进程页表4000外部页号0123两级和多级页表页号块号050160……1023102页表分页…页号块号307215307316……4000800032M…块号01234581920页页表1页页表2页页表3页页表外部页号块号01122435外部页表两级和多级页表：地址结构：页号页内地址3112110外部页号外部页内地址页内地址31222112110CPU给出：32位线性地址进程地址空间分页：进程页表分页：主存管理——页式存储管理两级和多级页表地址变换过程：外部页表外部页表寄存器物理地址外部页号p1外部页内地址p2页内地址d…………页表分页块号块内地址外部块号页号块号页号外部页表始址、长度两级和多级页表地址转换外部页