計算機操作系統(tǒng)（第二版）課件：分頁存儲管理方式

分頁存儲管理方式基本概念頁面和物理塊的概念分頁系統(tǒng)的邏輯地址結(jié)構(gòu)的理解頁表的概念地址轉(zhuǎn)換機構(gòu)二級頁表及地址轉(zhuǎn)換

頁式存儲管理方式關(guān)于分頁存儲管理方式，你希望老師重點講解的內(nèi)容有哪些？在分頁存儲管理方式中，如果沒有引入快表，則CPU每次從內(nèi)存中取一次數(shù)據(jù)需要訪問內(nèi)存的次數(shù)為（）次。1234ABCD提交單選題10分在分頁存儲管理方式中，如果采用單級頁表，則進程的頁表會（）。連續(xù)存放在進程用戶區(qū)離散存放在進程用戶區(qū)連續(xù)存放在系統(tǒng)內(nèi)核區(qū)離散存放在系統(tǒng)內(nèi)核區(qū)ABCD提交單選題10分分頁管理方式中，頁表的作用是（）保存進程的代碼保存進程的數(shù)據(jù)實現(xiàn)地址轉(zhuǎn)換實現(xiàn)內(nèi)存保護ABCD提交單選題10分一個系統(tǒng)頁面大小為1KB，某進程共有4個頁面，依次存放在內(nèi)存的3,10,8,15號塊中，則邏輯地址2000的物理地址是（）。2000819211216地址越界ABCD提交單選題10分某分頁系統(tǒng)將頁表存儲在內(nèi)存中，同時配置了快表。若一次訪存周期為100ns，一次快表訪問時間為10ns，若快表命中率為80%，則讀取一次數(shù)據(jù)的內(nèi)存有效訪問時間是多少？（忽略快表更新時間）110ns200ns130ns128nsABCD提交單選題10分第三節(jié)

頁式存儲管理方式80x86的控制寄存器：頁面的概念：將進程邏輯空間劃分為若干等長的區(qū)域，稱為頁（或頁面）對每個頁面順序編號，稱為頁號頁面大?。?nB通常為512B～8KB04K-14K8K-18K12K-112K16K-116K20K-120K23K-1頁號012345進程地址空間4.3頁式存儲管理方式4.3.1基本原理4.3頁式存儲管理方式4.3.1基本原理頁面的概念：將進程邏輯空間劃分為若干等長的區(qū)域，稱為頁（或頁面）對每個頁面順序編號，稱為頁號頁面大?。?nB通常為512B～8KBIntelPentium:4KB,4MBARMv864位：4KB,16KB,64KBMIPSR4000:4KB,16KB,64KB,256KB,1MB,4MB,16MBIntel：CR4寄存器中的第5位:

PSE位=0:4KBMIPSR4000:PageMask寄存器二.邏輯地址結(jié)構(gòu)頁號4512K-116K-120K-1進程地址空間

04K-14K8K-18K12K16K20K24K-10410024K27K6頁內(nèi)位移d頁號P4100#單元123一維線性地址4K8K-10141#頁面4100…4095對于一個線性邏輯地址，如何得到它的頁號和頁內(nèi)地址？4.3頁式存儲管理方式頁內(nèi)位移4頁面14.3.1基本原理頁號P和頁內(nèi)地址d的計算公式P＝INT[A/L]d＝[A]%LA：邏輯地址空間中的地址L：頁面大小4.3頁式存儲管理方式二.邏輯地址結(jié)構(gòu)4.3.1基本原理某系統(tǒng)的頁面大小為1KB，則邏輯地址2180對應(yīng)的頁號和頁內(nèi)地址分別是（）。頁號1，頁內(nèi)地址180頁號1，頁內(nèi)地址132頁號2，頁內(nèi)地址180頁號2，頁內(nèi)地址132ABCD提交單選題10分二.邏輯地址結(jié)構(gòu)：頁面大小是2的冪：=2nB當(dāng)頁面大小為4KB時：=212B位移量（頁內(nèi)地址）d頁號P例如，頁面大小為4KB時，邏輯地址4100可表示為：113112110……12頁號P位移量（頁內(nèi)地址）d3100000,0000,0000,0000,00010000,0000,0100將內(nèi)存空間劃分為與頁面等長的若干區(qū)，稱為物理塊或頁框。塊大小與頁面大小一致

內(nèi)存空間04K-14K8K-18K12K-112K16K-116K20K-120K24K-1塊號012345100008K12K-11000001180840952#塊4.3頁式存儲管理方式可以用什么數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來記錄內(nèi)存塊的使用情況？物理地址結(jié)構(gòu)：一維線性地址塊內(nèi)位移塊號4.3.1基本原理三.物理塊的概念四.頁表01234567891110內(nèi)存第0頁第1頁第2頁第3頁第4頁第5頁第6頁用戶進程塊號頁號1051169453327120頁表第0頁第1頁第2頁第3頁第4頁第5頁第6頁頁表：存放在內(nèi)存系統(tǒng)區(qū)的一個連續(xù)空間中；PCB：存有進程頁表在內(nèi)存的首地址和頁表長度；頁內(nèi)碎片頁表內(nèi)容存哪里？頁表始址存哪里？4.3頁式存儲管理方式地址變換機構(gòu)的任務(wù)：實現(xiàn)地址映射頁表：存放在內(nèi)存系統(tǒng)區(qū)的一片連續(xù)空間中PCB：存有進程頁表在內(nèi)存的首地址和頁表長度；頁表寄存器PTR：存放當(dāng)前進程頁表在內(nèi)存的首地址和頁表長度

邏輯地址：物理地址：頁內(nèi)位移d頁號P塊內(nèi)位移塊號查找頁表兩者相等如何實現(xiàn)？頁內(nèi)位移與塊內(nèi)位移有什么關(guān)系？4.3頁式存儲管理方式五.地址變換機構(gòu)(1)基本地址變換機構(gòu)頁表始址7頁表寄存器＜頁表塊號頁號53327120物理地址寄存器邏輯地址4100越界中斷頁表長度14頁號頁內(nèi)地址塊號31121100000,0000,0000,0000,01110000,0000,0100=頁表始址指針+頁號塊內(nèi)地址

74哪位同學(xué)來說說這個邏輯地址如何轉(zhuǎn)變成物理地址？CPU每執(zhí)行一次訪存指令，實際要訪問幾次內(nèi)存？已知某分頁系統(tǒng)，主存容量為64kB，頁面大小為1kB，對一個4頁大的作業(yè)，第0、1、2、3頁被分配到內(nèi)存的2、4、6、7塊中。則十進制邏輯地址1023對應(yīng)的物理地址是（）102340233071地址越界ABCD提交單選題10分已知某分頁系統(tǒng)，主存容量為64kB，頁面大小為1kB，對一個4頁大的作業(yè)，第0、1、2、3頁被分配到內(nèi)存的2、4、6、7塊中。則十進制邏輯地址4500對應(yīng)的物理地址是（）76727500無法計算地址越界ABCD提交單選題10分在一個分頁存儲管理系統(tǒng)中，邏輯地址的結(jié)構(gòu)長度為為18位，其中11～17位表示頁號，0～10表示頁內(nèi)偏移量。若有一個作業(yè)共3個頁面，各頁依次裝入2、3、7號物理塊中，邏輯地址1500對應(yīng)的物理地址是多少？150055963548地址越界ABCD提交單選題10分設(shè)某進程有8頁的邏輯空間，每頁有1024字節(jié)，它們被映射到32塊的物理存儲區(qū)中，那么該進程邏輯地址的有效位是（）位。10131518ABCD提交單選題10分五.地址變換機構(gòu)：2.具有快表的地址變換機構(gòu)快表（聯(lián)想存儲器，按內(nèi)容查找）：具有并行查詢能力4.3頁式存儲管理方式快表輸入寄存器檢索項關(guān)鍵字值快表命中關(guān)鍵字匹配值頁號塊號Linux快表表項：頁號塊號有效位修改位保護位

幾K到幾百K，只含有部分頁表項（16~512個）如：intelx86:32項具有快表的地址映射過程頁表始址頁表長度頁表寄存器＜頁表塊號頁號5332712031250物理地址21250邏輯地址越界中斷快表塊號頁號205327120輸入寄存器快表命中僅在快表不命中時進行快表命中時，訪問一個地址的時間包括哪幾個部分？哪個小組來分析這個邏輯地址轉(zhuǎn)換成物理地址的過程？具有快表的地址映射過程頁表始址頁表長度頁表寄存器＜頁表塊號頁號5332712051250物理地址31250邏輯地址越界中斷快表塊號頁號205327120輸入寄存器快表未命中僅在快表不命中時進行快表塊號頁號205327153哪個小組來分析這個邏輯地址轉(zhuǎn)換成物理地址的過程？快表未命中時，訪問一個地址的時間包括哪幾個部分？某分頁系統(tǒng)將頁表存儲在內(nèi)存中，同時配置了快表。若一次訪存周期為100ns，一次快表訪問時間為10ns，若快表命中率為90%，則讀取一次數(shù)據(jù)的內(nèi)存有效訪問時間是（）ns。（忽略快表更新時間）100120119110ABCD提交單選題10分課堂練習(xí)：如果一個程序占用200M大小空間，若頁面大小為4KB，每個頁表項4B，它的頁表需要多大的空間存儲？頁表也存儲在內(nèi)存中，那么如果頁表比一個頁面還要大會怎么樣？有哪些辦法解決這個問題？50K個頁面，頁表大小200KB2.大頁表問題的解決思路：對頁表本身采用離散分配方式存儲；只將當(dāng)前需要的部分頁表調(diào)入內(nèi)存，其余的頁表仍駐留在磁盤上，需要時再調(diào)入。大家自己算一下，用彈幕給出第一題答案？本次課前學(xué)習(xí)中不理解的問題、希望老師重點講解的內(nèi)容有哪些？用彈幕給出1、說明分頁系統(tǒng)的基本概念：頁面，頁表，邏輯地址結(jié)構(gòu)2、分析說明分頁系統(tǒng)地址轉(zhuǎn)換過程。前期知識回顧4.3頁式存儲管理方式016002k進程地址空間…頁號012345399940000進程頁表4000外部頁號01234.3.2兩級和多級頁表頁號塊號010111……10231033頁表分頁…頁號塊號3072308230733083……40004010032M…塊號01234581920頁頁表1頁頁表2頁頁表3頁頁表外部頁號塊號01122435外部頁表又稱為頁目錄表進程頁表：頁號塊號010111……102310331024103410251035……204720572048205820492059……307130813072309230733093……400040100#頁表分頁：1024個頁表項1#頁表分頁：1024個頁表項2#頁表分頁：1024個頁表項3#頁表分頁：929個頁表項假設(shè)每個頁表項4B邏輯地址結(jié)構(gòu)：頁號頁內(nèi)地址3112110外部頁號外部頁內(nèi)地址頁內(nèi)地址31222112110CPU給出：32位線性地址進程地址空間分頁：4KB進程頁表分頁：4.3.2兩級和多級頁表頁目錄號頁表索引進程頁表10331023……111100塊號頁號頁表分頁…40104000……3093307330923072塊號頁號0號頁表分頁3號頁表分頁01928頁號塊號010111……102310331024103410251035……204720572048205820492059……307130813072309230733093……40004010地址變換過程：外部頁表外部頁表寄存器物理地址…………頁表分頁塊號塊內(nèi)地址外部塊號頁號塊號頁號外部頁表始址、長度外部頁號外部頁內(nèi)地址頁內(nèi)地址31222112110小組討論下兩級頁表下地址轉(zhuǎn)換過程？？4.3.2兩級和多級頁表外部頁號塊號01122435外部頁表10物理地址外部頁號P1外部頁內(nèi)地址P2頁內(nèi)地址d塊號塊內(nèi)地址3#頁表分頁外部頁表寄存器外部頁表始址、長度00000000110000000001000000001010頁號塊號307215307316……4000800164.3.2兩級和多級頁表ARMv8MMU及Linux頁表映射：TLB4.3.2兩級和多級頁表已知系統(tǒng)為32位實地址，采用48位虛擬地址，頁面大小4KB，頁表項大小為8B。假設(shè)系統(tǒng)使用純頁式存儲，若最高