【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ? 太大：浪費(fèi)；太?。喉?yè)表過(guò)長(zhǎng) 。 ? IBM AS/400 VAX NS32032 ： 512字節(jié) ? Intel 80386 Motorola 68030 4096字節(jié) 頁(yè)的大小是 2K ， k： 912。 75 2022/8/17 第六章 存儲(chǔ)管理 頁(yè)地址映射 ? 分頁(yè)中的地址映射其實(shí)與通常的地址映射的概念是一樣的 ， 即把 程序地址轉(zhuǎn)換成內(nèi)存地址 ， 這個(gè)轉(zhuǎn)換過(guò)程是在程序執(zhí)行過(guò)程中完成的 ， 是 動(dòng)態(tài)地址映射 。 ? 在現(xiàn)代計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中 ， 由系統(tǒng)提供的地址映射硬件來(lái)完成地址映射工作 。 76 2022/8/17 第六章 存儲(chǔ)管理 例 ? 設(shè)頁(yè)長(zhǎng)為 1K， 程序地址字長(zhǎng)為 16位 ， 用戶程序空間和頁(yè)表如圖 。 77 2022/8/17 第六章 存儲(chǔ)管理 說(shuō)明 ? 在執(zhí)行指令 MOV r1， [2500]時(shí) ， 地址轉(zhuǎn)換步驟如下： ? 取出程序地址字 2500送虛地址寄存器 VR， 然后由硬件分離出頁(yè)號(hào) P和頁(yè)內(nèi)地址 W， 實(shí)際上分離出頁(yè)號(hào)和頁(yè)內(nèi)地址是一件很簡(jiǎn)單的事 ， 因?yàn)轫?yè)長(zhǎng)為 1K， 所以頁(yè)內(nèi)地址占 10位 （ 09位 ） ， 頁(yè)號(hào)占 6位 （ 1015位 ） ，所以硬件只要簡(jiǎn)單地取出 VR寄存器中的高 6位即為頁(yè)號(hào) ， 低 10 位即為頁(yè)內(nèi)地址 。 ? 當(dāng)然我們通過(guò)計(jì)算可以得到 P=2， W=452。 78 2022/8/17 第六章 存儲(chǔ)管理 ? 根據(jù)頁(yè)號(hào) P=2， 硬件自動(dòng)查該進(jìn)程的頁(yè)表 ， 找到第 2頁(yè)對(duì)應(yīng)的塊號(hào)為 7， 將塊號(hào)送到內(nèi)存地址寄存器 MR的高 10位中 。 ? 將 VR中的 W的值 452復(fù)制到 MR的低 10位中 ， 從而形成內(nèi)存地址 。 系統(tǒng)就以 MR中的地址訪問(wèn)內(nèi)存 硬件能自動(dòng)分離出頁(yè)號(hào)和頁(yè)內(nèi)地址 ， 但我們只能通過(guò)計(jì)算才能得到 。 79 2022/8/17 第六章 存儲(chǔ)管理 計(jì)算時(shí)要注意： 若給出的地址字為 16進(jìn)制 ， 則將其轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制 ， 然后 ， 根據(jù)頁(yè)長(zhǎng)及程序地址字的長(zhǎng)度 ，分別取出程序地址字的高幾位和低幾位就得到頁(yè)號(hào)及頁(yè)內(nèi)地址 。 如頁(yè)長(zhǎng)為 2K， 程序地址字為 16位 ， 則高 5位為頁(yè)號(hào) ， 低 11位為頁(yè)內(nèi)地址 。 80 2022/8/17 第六章 存儲(chǔ)管理 若給出的地址字為 10進(jìn)制 ， 則用公式： 程序地址字 /頁(yè)長(zhǎng) 商為頁(yè)號(hào) ， 余數(shù)為頁(yè)內(nèi)地址 。 如程序地址為 8457， 頁(yè)長(zhǎng)為 4KB， 則8457/4096可得：商為 2，余數(shù)為 256。 81 2022/8/17 第六章 存儲(chǔ)管理 分頁(yè)存儲(chǔ)管理中的信息保護(hù) 分頁(yè)存儲(chǔ)管理中的存儲(chǔ)信息保護(hù)從兩個(gè)方面來(lái)實(shí)現(xiàn) 。 一 、 在分離程序地址字的頁(yè)號(hào)和頁(yè)內(nèi)地址時(shí)判別訪問(wèn)是否合法 ， 若產(chǎn)生的頁(yè)號(hào)滿足下式為合法： 0=頁(yè)號(hào) 程序地址空間的頁(yè)數(shù) 上述判斷由硬件自動(dòng)做 ， 若不合法 ， 硬件產(chǎn)生 越界中斷 ， 由操作系統(tǒng)的越界中斷處理程序進(jìn)行處理 。 82 2022/8/17 第六章 存儲(chǔ)管理 二 、 在頁(yè)表中增加用于存取控制和存儲(chǔ)保護(hù)的信息 ， 當(dāng)要訪問(wèn)某頁(yè)時(shí)系統(tǒng)要根據(jù)該頁(yè)的存取控制和存儲(chǔ)保護(hù)信息檢查訪問(wèn)是否合法 。（ 主要用來(lái)判斷訪問(wèn)是否越權(quán) ） 83 2022/8/17 第六章 存儲(chǔ)管理 快表和聯(lián)想存儲(chǔ)器 ? 在前述的頁(yè)地址變換過(guò)程中有一個(gè)嚴(yán)重的問(wèn)題 ， 那就是每一次對(duì)內(nèi)存的訪問(wèn)都要訪問(wèn)頁(yè)表 ， 頁(yè)表是放在內(nèi)存中的 ， 也就是說(shuō)每一次訪問(wèn)內(nèi)存的指令至少要訪問(wèn)兩次內(nèi)存 ， 運(yùn)行速度要下降一半 。 ? 若不解決這一問(wèn)題是不能令人忍受的 。 84 2022/8/17 第六章 存儲(chǔ)管理 ? 解決這個(gè)問(wèn)題的一種方法是把頁(yè)表放在一組快速存儲(chǔ)器中 （ Cache） ， 從而加快訪問(wèn)內(nèi)存的速度 。 我們把這種快速存儲(chǔ)器組成的頁(yè)表稱為 快表 ， 把存放在內(nèi)存中的頁(yè)表稱為慢表 。 ? 快表又叫 相聯(lián) (聯(lián)想 )存儲(chǔ)器 （ associative memory） 或 TLB（ Translation lookaside buffers） 85 2022/8/17 第六章 存儲(chǔ)管理 討論 深入一點(diǎn)的討論： 一個(gè)程序可能會(huì)很大 ， 如 1M， 若頁(yè)長(zhǎng)為 1K， 則該程序有 1000個(gè)頁(yè) ， 則該程序的頁(yè)表就需要 1000個(gè)表項(xiàng) ， 當(dāng)程序更大時(shí) ， 頁(yè)表會(huì)更大 ， 那么我們應(yīng)該有一個(gè)多大的快速存儲(chǔ)器才能滿足要求呢 ？ 這會(huì)遇到兩個(gè)問(wèn)題： ? 可能快速存儲(chǔ)器多大都是不夠的 ， 因?yàn)槌绦蚩赡軙?huì)更大 。 ? 快速存儲(chǔ)器是非常非常昂貴的。 86 2022/8/17 第六章 存儲(chǔ)管理 ? 實(shí)際上我們并不需要一個(gè)很大的快速存儲(chǔ)器 ， 有一個(gè)能存放 16個(gè)頁(yè)表表目的快速存儲(chǔ)器就夠了 。 ? 硬件根據(jù)需要將頁(yè)表中當(dāng)前需要的少量表目讀入快表 ， 其它表目仍留在內(nèi)存的頁(yè)表中 ， 當(dāng)需要時(shí)讀入新的表目 ， 并淘汰適當(dāng)?shù)谋砟?。 快表表項(xiàng)： 頁(yè)號(hào)；內(nèi)存塊號(hào)；標(biāo)識(shí)位；淘汰位 87 2022/8/17 第六章 存儲(chǔ)管理 p’ 頁(yè)表 地址越界 L 比較 P=L p p’ . . . 快表 b + 頁(yè)號(hào) p 頁(yè)內(nèi)地址 d P’ d 物理地址 頁(yè)表地址寄存器 頁(yè)表長(zhǎng)度寄存器 邏輯地址 地址映射機(jī)制 88 2022/8/17 第六章 存儲(chǔ)管理 分析 ? 當(dāng)調(diào)度合理時(shí)，可以達(dá)到 97％的效率。也就是說(shuō)訪問(wèn)頁(yè)表的速度大致相當(dāng)了訪問(wèn)快表的速度，考慮到快表的速度是內(nèi)存速度的數(shù)倍或數(shù)十倍，那么相對(duì)于內(nèi)存速度，訪問(wèn)頁(yè)表的時(shí)間可以忽略不計(jì)。也就是說(shuō)頁(yè)地址變換不會(huì)造成進(jìn)程運(yùn)行速度的下降。 89 2022/8/17 第六章 存儲(chǔ)管理 兩級(jí)頁(yè)表和多級(jí)頁(yè)表 ? 當(dāng)頁(yè)表項(xiàng)很多時(shí) ， 僅采用一級(jí)頁(yè)表需要大片邊續(xù)空間 ， 可將頁(yè)表也分頁(yè) ， 并對(duì)頁(yè)表所占的空間進(jìn)行索引形成外層頁(yè)表 。 由此構(gòu)成二級(jí)頁(yè)表 。 ? 更進(jìn)一步可形成多級(jí)頁(yè)表。 90 2022/8/17 第六章 存儲(chǔ)管理 二級(jí)頁(yè)表結(jié)構(gòu)及地址映射 頁(yè)目錄地址 目錄位移 頁(yè)表位移 頁(yè)位移 虛擬地址 頁(yè)表地址 . . . 頁(yè)目錄（每進(jìn)程一個(gè)） 塊號(hào) . . . 頁(yè)表 代碼或數(shù)據(jù) . . . 內(nèi)存塊 + + 91 2022/8/17 第六章 存儲(chǔ)管理 圖 : 三級(jí)頁(yè)表結(jié)構(gòu)及其地址映射過(guò)程 92 2022/8/17 第六章 存儲(chǔ)管理 頁(yè)式存儲(chǔ)管理方案小結(jié) ? 優(yōu)點(diǎn)：解決了碎片問(wèn)題 便于管理 ? 缺點(diǎn)：不易實(shí)現(xiàn)共享 不便于動(dòng)態(tài)連接 93 2022/8/17 第六章 存儲(chǔ)管理 分段存儲(chǔ)管理 ? 分段存儲(chǔ)管理基本思想 ? 段地址映射 ? 段式存儲(chǔ)管理方案小結(jié) 94 2022/8/17 第六章 存儲(chǔ)管理 分段存儲(chǔ)管理基本思想 ? 用戶程序劃分 按程序自身的邏輯關(guān)系劃分為若干個(gè)程序段，每個(gè)程序段都有一個(gè)段名，且有一個(gè)段號(hào) 。段號(hào)從 0開(kāi)始，每一段段內(nèi)也從 0開(kāi)始編址，段內(nèi)地址是連續(xù)的 ? 邏輯地址 段號(hào) 段內(nèi)地址 95 2022/8/17 第六章 存儲(chǔ)管理 ? 內(nèi)存劃分 內(nèi)存空間被動(dòng)態(tài)的劃分為若干個(gè)長(zhǎng)度不相同的區(qū)域，稱為物理段，每個(gè)物理段由起始地址和長(zhǎng)度確定 ? 內(nèi)存分配 以段為單位分配內(nèi)存，每一個(gè)段在內(nèi)存中占據(jù)連續(xù)空間（內(nèi)存隨機(jī)分割，需要多少分配多少）， 但各段之間可以不連續(xù)存放 96 2022/8/17 第六章 存儲(chǔ)管理 . . . 0 S 工作區(qū)段 [B] 主程序段 [M] . . . . . . 0 E P 子程序段 [X] 0 K . . . CALL [X] [E] . . . . . . . . . CALL [Y] [F] CALL [A] 116 . . . . . . 0 F L 子程序段 [Y] 0 116 N 數(shù)組 [A] 12345 . . . 97 2022/8/17 第六章 存儲(chǔ)管理 操作系統(tǒng) . . . . . B 0 S A 0 N Y 0 L X 0 P M 0 K 邏輯段號(hào) 0 1 2 3 4 作業(yè) 1的地址空間 1000 3200 5000 6000 8000 P K S L N 主存 K 3200 P 1500 L 6000 N 8000 S 5000 段號(hào) 段地址 0 1 2 3 4 操作系統(tǒng) 98 2022/8/17 第六章 存儲(chǔ)管理 段地址映射 地址映射數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 段地址映射的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)有 段表 、 段表首址指針和段表的長(zhǎng)度 。 段表首址指針和段表長(zhǎng)度存放在進(jìn)程自己的 PCB中 。 段表一般包括有段的長(zhǎng)度 、 段的首址和存取狀態(tài)等信息 。 每一進(jìn)程有個(gè)段表 ， 程序的每一個(gè)段在段表中占用一個(gè)表目 。 段號(hào) 0 1 2 段首址 段長(zhǎng)度 58K 20K 100K 110K 260K 140K 99 2022/8/17 第六章 存儲(chǔ)管理 內(nèi)存的分配 ? 空閑塊管理 空閑塊表（隊(duì)列） ? 內(nèi)存分配算法（三種） 首次 最佳 最壞 與動(dòng)態(tài)分區(qū)管理相同 100 2022/8/17 第六章 存儲(chǔ)管理 段地址變換 段地址變換由硬件地址變換機(jī)構(gòu)完成 101 2022/8/17 第六章 存儲(chǔ)管理 說(shuō)明 段地址映射過(guò)程為： ? 程序地址字送入虛地址寄存器 VR中 。 ? 取出段號(hào) S和段內(nèi)位移 W。 ? 根據(jù)段表首址指針找到段表 ， 查找段號(hào)為 S的表目 ， 得到該段的首地址 。 ? 把段首地址與段內(nèi)位移相加 ， 形成內(nèi)存地址送入 MR中 ， 并以此地址訪問(wèn)內(nèi)存 。 102 2022/8/17 第六章 存儲(chǔ)管理 快表 ? 同頁(yè)地址變換一樣 ， 在段地址變換過(guò)程中 ，也有兩次訪問(wèn)內(nèi)存的問(wèn)題 。 為了加快訪問(wèn)內(nèi)存的速度也可采用快速存儲(chǔ)器組成快表 。 103 2022/8/17 第六章 存儲(chǔ)管理 Cl Cb + 段號(hào) S 段內(nèi)地址 d 比較 比較 b + d 段 表 S= Cl 快表 物理地址 段表始址寄存器 段表長(zhǎng)度寄存器 邏輯地址 L b . . . S L b 地址越界 d=L d=L 地址映射及存儲(chǔ)保護(hù)機(jī)制 地址越界 地址越界 比較 104 2022/8/17 第六章 存儲(chǔ)管理 分段與分頁(yè)技術(shù)的比較 分段與分頁(yè)主要有以下差別： ? 段是依據(jù)程序的邏輯結(jié)構(gòu)劃分的 ， 頁(yè)是按內(nèi)存線性空間物理劃分的 。 ? 段式技術(shù)中程序地址空間是二維的 ， 分頁(yè)技術(shù)中程序地址空間是一維的 。 ? 段是面向用戶的 ， 頁(yè)對(duì)用戶而言是透明的 。 105 2022/8/17 第六章 存儲(chǔ)管理 ? 段長(zhǎng)由用戶決定，且各段的大小一般不相等，唯一的限制是最大