《計算機操作系統(tǒng) 》課件-4.3分頁存儲管理方式

4.3頁式存儲管理方式4.3.1頁式存儲管理基本原理頁面page程序的地址空間被等分成大小為2k的片段，這些片段稱為頁面，又稱為虛頁。頁框frame物理內(nèi)存也被等分成大小相等的片，稱為主存塊、物理塊、頁框，又稱為實頁。頁面大小＝頁框大小圖4-7分頁系統(tǒng)示意圖邏輯地址結(jié)構(gòu)頁號P頁內(nèi)位移量d（又稱為頁內(nèi)地址）頁面的大小決定頁內(nèi)地址的位數(shù)，頁號位數(shù)決定了邏輯地址空間中頁面的總數(shù)。問題：如果邏輯地址長度為16位，頁面大小為1KB時，請給出邏輯地址的構(gòu)成。圖4-8分頁系統(tǒng)邏輯地址結(jié)構(gòu)示意圖頁號p和頁內(nèi)地址d的計算公式P=INT[A/L]向下取整數(shù)d=[A]modL取余例題4-3：某32位系統(tǒng)，頁面大小為1KB，對于邏輯地址3150，試確定邏輯地址的結(jié)構(gòu)，并計算頁號和頁內(nèi)地址。解答：因為頁面大小1KB=210KB，所以頁內(nèi)地址為0-9位共10位，頁號為10-31位共22位。P=INT[3150/1024]=3

d=[3150]mod1024=78所以，頁號為3，頁內(nèi)地址為78。頁表pagetable系統(tǒng)為每個進程設(shè)置了一張頁號到物理塊號的映射表，稱為頁表。頁表項PTE包含頁號和塊號，但是實際只存儲塊號。

例題4-4：某分頁系統(tǒng)頁面大小為4KB，每個PTE占用4B，若某進程大小為120MB，請計算回答：（1）每個頁面可以存儲幾個PTE？（2）該進程的頁表占用多少內(nèi)存？（3）該進程的頁表需要多少頁面存儲？解答：（1）每個頁面可以存儲4KB/4B=1024個PTE。（2）進程的頁數(shù)=120MB/4KB=30720個，即PTE數(shù)量頁表大小=30720×4B=120KB（3）存儲頁表需要的頁面數(shù)=30720/1024=30頁所以共需30個頁面才能存儲該進程的頁表。在前述計算頁號、頁內(nèi)地址并查詢物理塊號F的基礎(chǔ)之上，可以計算得物理地址：A'=F×L+d式中A'為物理地址，F(xiàn)為頁面所對應(yīng)的物理塊號，L為頁面大小，d為頁內(nèi)地址。地址映射與越界保護如果頁號超過頁表長度，則產(chǎn)生“地址越界”中斷，于是停止指令的執(zhí)行，操作系統(tǒng)進行越界中斷處理。圖4-10分頁存儲管理的地址映射機構(gòu)例：已知某分頁系統(tǒng)，主存容量為64k，頁面大小為1k，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。求：將十進制的邏輯地址1023、2500、4500轉(zhuǎn)換成物理地址。解:(1)1023/1K，得到頁號為0，頁內(nèi)地址1023。又對應(yīng)的物理塊號為2，故物理地址為2*1k+1023=3071(2)2500/1K，得到頁號為2，頁內(nèi)地址452又對應(yīng)的物理塊號為6，故物理地址為6*1k+452=6596(3)4500/1K，得到頁號為4，頁內(nèi)地址404因為頁號不小于頁表長度，故產(chǎn)生越界中斷地址變換舉例：一個進程的頁表如圖所示，頁面大小為1KB，將邏輯地址0A5C(H)轉(zhuǎn)換為物理地址。進程頁表頁號塊號051102437答案：125C(H)例題4-5：某分頁系統(tǒng)邏輯地址20位，其頁面大小為2KB。某進程共三頁依次放入2、3、7號物理塊，請回答如下問題：（1）該系統(tǒng)邏輯地址結(jié)構(gòu)是怎樣的？進程最多可以有多少個頁面？（2）邏輯地址2500對應(yīng)的物理地址是多少？（3）邏輯地址15ACH對應(yīng)的物理地址是多少？解答：（1）因為頁面2KB=211，所以邏輯地址0～10為頁內(nèi)地址，11～19為頁號。（2）頁號P=2500/2048=1，頁內(nèi)地址d=2500%2048=452，查頁表可知1號頁對應(yīng)的塊號為3，則實際物理地址=3×2048+452=6569（3）邏輯地址15ACH的二進制形式為00010|10110101101根據(jù)（1）中邏輯地址結(jié)構(gòu)，可知頁號為010B=2D，查頁表可得物理塊號為7D=111B，所以物理地址為：00111|10110101101，即3CACH?？佳欣}西北工業(yè)大學(xué)（2002）設(shè)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，那么邏輯地址的有效位是__位，物理地址至少是__位。分析邏輯地址有兩個部分組成：頁號和頁內(nèi)偏移地址。邏輯空間有8（23）頁，說明頁號需要3個二進制位描述，而每頁有1024（210）字節(jié)，說明頁內(nèi)偏移地址為10二進制位描述，因此邏輯地址的有效位為3+10=13位。因為物理地址與邏輯地址的頁面大小相同，而物理存儲塊為32（25）占5位，所以物理地址至少為5+10=15位頁表存儲在內(nèi)存中，需要增加一次訪問內(nèi)存，導(dǎo)致一次訪存變?yōu)閮纱卧L存。嚴重影響訪存的時間，從而導(dǎo)致指令執(zhí)行性能下降。頁式地址變換過程會帶來什么問題？主存管理——頁式存儲管理采用聯(lián)想存儲器加快查表速度①

什么是聯(lián)想存儲器TLB(TranslationLookasideBuffer)

高速、小容量半導(dǎo)體存儲部件，又稱緩沖存儲器。具有并行查找能力②

快表在緩沖存儲器中存放正在運行的進程當(dāng)前用到的頁號和對應(yīng)的塊號，又稱為快表。圖4-11帶快表的分頁系統(tǒng)地址變換機構(gòu)思考題如果一個程序占用200M大小的內(nèi)存空間，它的頁表需要多大的內(nèi)存空間存儲？既然頁表也存儲在內(nèi)存中，那么如果頁表比一個頁面還要大會怎么樣？主存管理——頁式存儲管理016002k進程地址空間…頁號012345399940000進程頁表4000外部頁號0123兩級和多級頁表頁號塊號050160……1023102頁表分頁…頁號塊號307215307316……4000800032M…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外部頁表兩級和多級頁表：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：進程頁表分頁：主存管理——頁式存儲管理兩級和多級頁表地址變換過程：外部頁表外部頁表寄存器物理地址外部頁號p1外部頁內(nèi)地址p2頁內(nèi)地址d…………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、長度兩級和多級頁表地址轉(zhuǎn)換外部頁