第4.3基本页式存储管理

前提： 1.酒店的全部客房都是标准的双人间。 2.我们团队的性别比例很合适的哦！(共82人)
新授：
基本分页存储管理－实分页
内存空间
低地址
一、实现原理
1. 内存空间的划分： 将内存空间等分成若干物理块（也
称为页框frame、页架、帧），并按物
0#
1# 2#
理地址递增的顺序连续编号为0，1， 2„块
3#
＝( 11 , 100 1, 000, 001)2
=( 3 4 1 0 1 )8
页号为(34)8, 偏移量为(101)8,
块号p’由页表指定，偏移量w’不变， 按 A‘ = p’ * L ＋w’ 形成物理地址。
作业：
1：有一系统采用页式存储管理，有一作业大小是8KB，页 大小为2KB，依次装入内存的第7、9、10、5块，试将十进 制逻辑地址7145，3412转换成对应的物理地址。 （电子作业文档详见网络平台）
新授：
四、共享与保护
1. 共享
若两个进程的某2个逻辑页号对应的物理块号相同，则可达到共
享该块的目的。
页表1
内存
0 1 2
0 1 2
2 3 5
3
页表2
0 1
3 4
4 5
新授：
四、共享与保护
2. 保护
1）越界检查
2）存取控制检查： 在页表中设置相应的位－可读、可写、可执行
练习：
例1：一个分页式存储管理系统中，用户虚拟空间每页1KB，假定 某时刻用户的第0，1，2，3页分别分配的物理块号为10，8，4， 17，将逻辑地址（2500）D转换为物理地址。
1. 相关数据结构
1）页表：每个进程一个页表，存在于内存的OS空间，记录各个
逻辑页到物理块之间的映射关系及页内存取控制权限等。
2）请求表：整个系统一个表，存放每个进程请求分配的页面数 及实际分配给它的内存空间的页表信息、请求是否 得到满足等。
进程号 请求块数 页表始址 页表长度 状态
新授：
三、分配与回收
五星级大酒店
入住登记表” 1组 1号 曹丽雪 205号房间
2号 郭颖 欢迎光临，您需要的41 2组 3号 曹伟磊 206 个标准间我们可以提供 . 号房间 4号 何晶 但是它们不在同一楼层， 房间号也不连续！ 3 组 5号 黄雪萍 211号房间
6号 贾倩
…… …… …… ……
41组 82号 蔺秀莹 415号房间 您好！请问酒店现在有空 房间吗？我需要41个标准 间，
将其分解为逻辑页号和页内偏移量，通过页表，获得对应的
物理块号，最终形成物理地址。
…
内存
小练习 例：设访问主存时间为 200ms,访问联想存贮器为 40ms，命 中率为90％，则平均存取时间为多少？
解：
方法1：只设页表
查页表两次访存：平均为200＋200＝400ms
方法2：增加快表
查块表、页表 (200+40)×90％＋(200+200)×10％＝256ms
扩充：
0 1 2 1 01 1 1 07 8
0页
1页 2页
1
0页
1页 进程B
2 3
4
5
2页
…
…
一起来分析 ：
基本分页存储管理
1.基本上解决了碎片问题。
后果
2.实现了由 连续存储到 离散存储的 飞跃。
由硬件决定， 页面大小要适 块大小 中，常为2的 幂字节，一般 为512B～ 4KB。
一起来分析 ：
基本分页存储管理
为什么块尺寸太大 或太小都不好？ 思考
A = P * L ＋W P= [A/L] W = A%L
新授：
1.逻辑地址结构：
二进制表示
对于n位的逻辑地址，设页大小为2i字节。
n－1 i i-1 0
页号 P
高n－i位
页内地址 W
低i位
新授：
二、地址转换 2.物理地址结构：
类似于逻辑地址
A’ —物理地址 L —块大小 P‘ —块号 W’—块内地址
答： 2）对逻辑地址（2500）D：
P＝int（2500／1K）＝2 W＝2500％1K＝452 由已知，页号 P＝2 对应的页面号 P’＝4， 逻辑（2500）D对应物理地址＝P’ ×1K＋W＝（4548）D
练习：
例2：设虚拟地址为(7101)8 ,每一物理块为128字节,请描述 如何进行地址重定位? 解惑: 128＝27 (7101)8＝ ( 111, 00 1, 000, 001)2
1. 相关数据结构
3）内存分配表－－位示图
整个系统一个表，存在于内存的OS空间，用比特位来记录内
存每一块是否已分配的信息。（如：1－已分；0－未分） 举例：已知某系统内存的可分配区被分为256块，则位示图需占 用256/8＝32字节的内存空间。
0 1 0 1 … 7
0 1 0 0 1 1 1 0 1 0 0 1 0 1 0 0 …… 0 0 0 1 1 0 0 1
操作系统区 用户程序1
10KB
操作系统区 用户程序1 用户程序3 用户程序6
用户程序3
30KB
用户程序9
用户程序6
14KB
用户程序9
26KB
a)紧凑前
80KB
b)紧凑后
导入：
固定分区 + 离散存储
PC机上 最有发 展前途 的管理 模式
新授：
引例
基本分页存储管理－实分页
中国好声音-----香港行
这么多人，住 在哪里好呢？
本堂小结 基本分页存储管理－实分页
1.基本分页管理--原理概括：
系统自动将内存分块，将虚拟空间分页，页、块等大小，
且都从0连续编号，在进程运行时，将进程所有逻辑页一次性
装入内存中，相邻页所占的块可以不连续，并通过“页表” 来记录页与块之间的映射关系。
2.地址映射：
按逻辑地址不同表示下（十进制、二进制）的不同方法，
4）空闲页面链：不占额外的内存空间
… 31
新授：
三、分配与回收
2. 分配
请求N个页面
查空闲页面表，看看是否还有N个空闲页面
如有相应空闲页面，则页表长度为N填入请求表中 （申请页表，把页表始址填入请求表）。 分配N个空闲页面，将页面号和页号填入页表 （页表号实际不用填）。 修改空闲页表。 删除页表，并将归还的块对应的位由1置为0 3. 回收：
页号 P 页内地址 W
…
>
块号
+
0 … P
… P‘ …
块号 P’ 块内地址W’
页表
物理地址A’
…
当执行一条指令需访问内存两次
内存
新授：
二、地址转换 4. 具有快表的地址变换机构
为提高效率，克服两次访存的弊端,在地址变换机构中，增设一
个具有并行查找能力的高速缓冲寄存器，又称“联想寄存器”
(Associative Memory)或“快表”,用以存放当前被频繁访问的 页面号和对应的页表项。
两级页表结构
第0页页表 1 0 1 4 2 6 1 02 3 第1页页表 0 1 14 1 1 15 1 02 3 0 1 2 1 02 3
… … … … …
0 1 2 3 4 5 6 7
n
1 74 2 外部页表
1 14 1 15 第n 页页表 1 46 8 1 46 8
…
内存空间
新授：
三、分配与回收
A‘ = P’ * L ＋W ‘
对比发现：
页号 P
查页表
页内地址 W
块号 P’
块内地址 W‘
新授：
二、地址转换 3. 地址转换过程：
由地址变换机构实现
页表 页表寄存器PTR (Page-Table Register)
新授：
页表寄存器PTR
页表始址 页表长度
Y
页号
地址转换过程图
越界中断
N
逻辑地址A
3. 内存分配：
进程的页表
若进程的总页数不大于内存中的可 用块数，系统就可以以页为单位离 散分配，并在内存中为该进程建立 一个能够反映其逻辑页与物理块映
页号
块号
存取控制 字段
射关系的“页表”。
“入住登记表”
基本分页存储管理原理图示
进程A的页表
页号 块号
进程A的虚拟空间
内存空间 Os区
0
0 1 2
2 3 5
4# 5#
“酒店客房”
高地址
…
新授：
基本分页存储管理－实分页
进程的虚拟空间 0页
一、实现原理
2. 虚拟空间的划分： 进程的虚拟空间划分成一系列与物 理块大小相等的页（也称为页面）， 并按逻辑地址递增的顺序连续编号 为0，1，2„页 “客人分组”
1页 2页
新授：
基本分页存储管理－实分页
一、实现原理
操作系统原理 课程
基本分页存储管理
计算机科学技术学院：曹梅
回顾：
连续分配方式 （分区管理）
1.固定分区
进程 分区1 1
进程2 分区2
2.可变分区
进程1
进程2
进程3 进程 分区3
进程 分区4 4 进程4
内碎片
外碎片
内存的用户可用空间
导入：
经过一段时间的分配回收后，内存中存在很多很 小的不可利用的空闲空间---碎片（零头）。
快表一般只存放16--512表项，表满时需进行淘汰。由于程序
和数据的访问有局部性，所以快表“命中率”可达90%以上。
新授：
越界中断
页表寄存器PTR
N 页表始址 页表长度 Y
页号 块号
逻辑地址A
>
块号
页号 P