第五章 存储管理(三)

第五章存储管理(三)

§5.4 页式管理

一、问题提出：

分区管理的优劣：

优：实现方式简单。

劣：①碎片问题；

②分区内，作业或进程连续，作业或进程大小受分区大小限制；

③不利程序段和数据的共享。

二、页式管理的思想：作业分若干个相等的“页”，内存分成相等的“块”，使“页”的大小等于“块”。以“页”为单位，将作业的“页”装入内存的“块”中。

特点：①可以不连续地使用内存；

②实现内外统一管理。

三、分页管理的地址结构：

系统从一维的逻辑地址分出页，地址的高位部分定义成页号，低位部分定义成页内位移量。

页号p 位移量d

（页面地址页内地址）

四、静态页面管理：

1、思想：作业/进程开始执行前，把作业/进程的程序和数据全部装入内存的“块”中，并通过地址变换机构实现了虚

拟地址到内存物理地址的地址映射。

2、分页管理所需的数据结构：

①基本页表：一个作业/进程一张，描述作业/进程的“页”与内存的“块”的对应关系。

内容包括：（页号，块号）。

②请求表：整个系统一张。描述所有作业或进程需求内存的情况（起始、长度）和状态。

内容包括：（作业/进程号，请求页面数，页表起址，长度，状态）。

③存储页面表：整个系统一张。描述内存空间的“块”的使用情况。

位示图法：每位对应一个“块”；该位为“1”，表示对应的“块”已分；该位为“0”，表示对应的“块”未分。

④控制寄存器：记录页表的起始地址和页表的长度。

3.分配算法：

装入程序时查请求表，已知内存需求大小查存储页面表，找出满足需求的空闲分区分配之（不满足，不能分配）建立基本页表，修改请求表，查存储页面表将对应的位改为“已分”。

4.地址变换：

例：执行指令load 1,2500的过程。

①进程运行时将页表的起始地址、长度写入控制寄存器。

②CPU执行到指令load 1,2500时，将逻辑地址2500分解为p=2（页面地址），w=452（位移量或页内地址）。

③查页表，找到“页”2所对应的“块”号为8。

④将“块”号8与位移量w=452并接，形成访问内存的绝对地址：8号×1024/块+452=8644

⑤从8644号单元中取出数据送寄存器1。

优：解决了碎片多的问题，管理简单。

劣：①取一个数据或指令要两次以上访问内存：一次访问页表以确定所取数据或指令的地址；另一次是根据这个地址去取数据或指令。

②一次性调入，受内存可用“块”的限制。

五、动态页面管理：

1.思想：静态页面管理分两类：预调入式和请求调入式。

①请求调入式：

a.当需要执行某条指令而又不在内存时；

b. 当执行某条指令要访问的指令或数据不在内存时；

系统发生一次缺页中断，将外存中相应的页面调入内存。

②预调入式：系统对那些在外存的页进行预调入顺序的估算，估计这些指令或数据被执行或被访问的顺序，依此顺序把相应的页面调入内存。

2.动态页面管理的数据结构：

需解决的两个问题：

①当要访问的页面不在内存-----产生一次缺页中断，将外存中相应的页面调入内存。

②当把需要的页面调入内存，但内存没空----淘汰某些页面。扩充页表：

①增设中断位：表示该页是否在内存。

该位为1----表示该页不在内存；

该位为0----表示该页在内存。

②增设改变位：表示该页是否被修改够，被修改过，当淘汰时要写回外存，未被修改过，当淘汰时不要写回外存。

该位为1----表示该页被修改过；

该位为0----表示该页未被修改过。

③增设引用位：表示该页是否被访问过，被访问过，下次可能还要被访问；未被访问过，久未用的页面可能要淘汰。

该位为1----表示该页被访问过；

该位为0----表示该页未被访问过。

④增设外存地址：表示该页在外存的起始地址。

内容包括：（页号，块号，中断位，改变位，引用位，外存地址）。

页号块号中断位改变位引用位外存地址

3.

3.淘汰算法：

①随机淘汰算法（random glongram）：随机地选择某个用户的页面将其淘汰。

②轮转法（round robin）:轮流换出内存可用区的页面。

③先进先出（FIFO---first input first output）：为调入内存的每一页，以递增方式标明调入顺序，淘汰时选择次序值最小的那一页。

特点：效率不高，存在异常现象----Relady现象。

④最近最少使用（LRU---least frequently used）:在发生本次缺页中断之前的最近一段时间内少被使用，在最近的将来被使用的可能性最小，所以可以淘汰。

实现：在页表中增设访问计数器，每访问过一次计数器加1，计数值小的页面被淘汰。

⑤最近未使用（NUR—not used recently）：④最近一段时间内没被访问过，在最近的将来被使用的可能性最小，所以可以淘汰。

实现：增加引用位，该位为1----表示该页被访问过；该位为0----表示该页未被访问过。系统周期性地对所有引用位清0。

六、存储保护：

①地址越界保护：页表控制寄存器中的长度与要访问的虚地址进行比较实现。

②页表控制操作：在页表中增加保护位实现。

七、分页管理的优劣：

优：①不要求连续存放，解决碎片问题；

②动态页式管理提供内、外存统一管理的虚存实现方式，提高主存利用率。

劣：①需硬件支持；

②增加系统开销；如缺页中断。

③会产生抖动现象；

④每个作业或进程的最后一页总有一部分空间没被利用。