【文章內(nèi)容簡介】 址 ? ④ 物理地址 ⑤ 外存地址 ⑥ 設備地址 ? Ｄ～Ｅ：① 硬件地址變換機構(gòu) ② 執(zhí)行程序 ? ③ 匯編程序 ④ 連接裝入程序 ? ⑤ 調(diào)試程序 ⑥ 編譯程序 ? ⑦ 解釋程序 ? 提高主存利用率主要是通過（Ａ）功能實現(xiàn)的。（Ａ）的基本任務是為每道程序做（Ｂ）；使每道程序能在不受干擾的環(huán)境下運行，主要是通過（Ｃ）功能實現(xiàn)的 。 ? Ａ、Ｃ：① 主存分配② 主存保護③ 地址映射 ? ④ 對換 ⑤ 主存擴充 ? Ｂ：① 邏輯地址到物理地址的變換； ? ② 內(nèi)存與外存間的交換； ? ③ 允許用戶程序的地址空間大于內(nèi)存空間； ? ④ 分配內(nèi)存 靜態(tài)重定位是在作業(yè)的（Ａ）中進行的，動態(tài)重定位是在作業(yè)的（Ｂ）中進行的。 Ａ、Ｂ：① 編譯過程； ② 裝入過程； ③ 修改過程； ④ 執(zhí)行過程 由固定分區(qū)方式發(fā)展為分頁存儲管理方式的主要推動力是（Ａ）；由分頁系統(tǒng)發(fā)展為分段系統(tǒng)，進而以發(fā)展為段頁式系統(tǒng)的主要動力分別是（Ｂ）和（Ｃ）。 Ａ～Ｃ：① 提高主存的利用率； ② 提高系統(tǒng)的吞吐量； ③ 滿足用戶需要； ④ 更好地滿足多道程序運行的需要； ⑤ 既滿足用戶要求，又提高主存利用率。 分頁存儲管理 ? 連續(xù)存儲分配方式，每道程序要求占用連續(xù)的空間，會形成很多碎片 ? 離散分配方式允許將作業(yè)分配到不相鄰的分區(qū)中，既可免去移動內(nèi)存信息而產(chǎn)生的工作量，又可充分利用主存空間，盡量減少主存碎片 。 ? 離散分配方式分為： – 分頁式存儲 – 分段式存儲 – 段頁式存儲 分頁存儲管理基本原理 ? 基本原理： – 頁框 ：主存空間按物理地址分成多個大小相等區(qū)，每個區(qū)稱為塊（又稱頁框 page frame） – 頁面 ：程序（作業(yè)）按邏輯地址分成多個大小相等的區(qū)，每個區(qū)稱為一個頁面 (page)， 大小與頁框大小相等 。頁面的典型大小為 1k， ，從0開始編號 – 邏輯地址格式 ：頁號和頁內(nèi)地址 頁號 頁內(nèi)地址 地址結(jié)構(gòu)確定了主存儲器的分頁大小 ,也決定了頁面大小，思考為什么？？ 分頁存儲管理基本原理 頁 號 頁內(nèi)地址 5 10 2 5 ＝ 32（頁） 2 10 ＝ 1024（ 每頁 1024字節(jié) ） ? 在分配存儲空間時 ,是以頁面為單位來分配 . ? 例如 ,一個作業(yè)的地址空間有 M頁 ,那么只需要分配給他 M個頁面的存儲空間 ,每一頁分別裝入一個存儲頁面即可 .并不需要這些頁面是連續(xù)的 . ? 以上這些問題需要一個地址映射 . ? 若給定一個邏輯地址空間中的地址為 A，頁面大小為 L，則頁號 P和頁內(nèi)地址 w可按下式求得： ? P=INT[A/L] W=[A] MOD L ? 其中， INT是整除函數(shù)， MOD是取余函數(shù)。例：系統(tǒng)頁面大小為１ KB，設 A＝ 2170B，則 P=2,W=122 分頁存儲管理基本原理 主存空間的分配和回收 ? 采用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) （ 1）頁表： 實現(xiàn)從頁號到物理塊號的地址轉(zhuǎn)換 （ 2）位示圖： 記錄主存的分配情況，一個系統(tǒng)只有一張 參考課本 P119，圖 321 （ 3）主存分配表： 記錄主存中各作業(yè)的情況，包括作業(yè)名、頁表始址和頁表長度 .參考課本 P120，表 39 系統(tǒng)必須知道每個作業(yè)或進程頁表起始地址和長度 ,以 進行內(nèi)存分配和地址變換 頁表 ? 頁表 ： 由頁號和頁面號組成，指出邏輯地址中頁 ? 號與主存中塊號的對應關系 ? 頁號 作業(yè)地址空間的頁序號（從“ 0”開始） ? 塊號 內(nèi)存空間的物理塊序號（從“ 0”開始） 頁 號 塊 號 0 2 1 3 2 6 頁 表 0頁 1頁 2頁 用 戶 程序 內(nèi) 存 0 1 2 3 4 5 6 7 地址轉(zhuǎn)換和存儲保護 ? 邏輯地址的表示方式： ? 用 32位數(shù)據(jù)表示 。 0——11位為頁內(nèi)地址，共 12位數(shù)， 212 =4096= 4KB， 表示每頁內(nèi)的地址最多為 4096，也即每頁的大小是 4KB。 ? 12——31位共 20位數(shù)，表示頁號，可表示 1024*1024個頁號，即 1M個頁面號。 頁號 P 頁內(nèi)地址 D 31 12 11 0 ? 系統(tǒng)中設置地址變換機構(gòu)實現(xiàn)地址映射。 ? 實際是利用頁表將邏輯地址中的頁號轉(zhuǎn)換為物理塊號 ? 地址轉(zhuǎn)換步驟如下（已知邏輯地址） ： ? 頁號 =邏輯地址 /頁長 頁內(nèi)地址 =邏輯地址 mod 頁長 從頁表中查找該頁對應的塊號 物理地址 =塊號 *塊長 +塊內(nèi)地址 思考 ： 塊長和塊內(nèi)地址分別為多少？ 地址變換圖（牢記） 頁表寄 存器頁表始 址 頁表長 度 ＞ 頁號 ( 3 ) 頁 內(nèi) 地 址＋邏輯地 址L越界中 斷1塊號b頁表頁號012物理地 址3思考 ： CPU存取數(shù)據(jù)需要訪問內(nèi)存幾次？ 頁表長度 頁表始址 3 1k 虛擬地址 2 452 頁號 塊號 0 2 1 3 2 8 物理地址 8644 1024*8+452=8644 8 452 OS 對分頁存儲管理的改進 ? 相聯(lián)存儲器和快表 – 通常頁表存放在主存中，因此按邏輯地址訪問某個主存地址內(nèi)容時，需要涉及二次主存訪問，效率較低 – 聯(lián)想存儲器，一個專用的高速緩沖存儲器，用于存放最近被訪問的部分頁表，是分頁式存儲管理的重要組成部分。 – 快表，存放在聯(lián)想存儲器中的部分頁表內(nèi)容 – 聯(lián)想存貯器的存取速度比主存高 ， 但造價也高 。 因此只能采用少量 ， 整個系統(tǒng)通常只要用 8~16個寄存器即可使程序執(zhí)行速度大大提高 。 快表的格式見下圖： 頁號 塊號 訪問位 狀態(tài)位 其中， “ 頁號 ” 是程序訪問過的地址空間的頁號，“ 塊號 ” 是該頁所對應的主存塊號；訪問位指示該頁最近是否被訪問過。 “ 0”表示沒有被訪問，“ 1”表示訪問過 ； “ 狀態(tài) ” 位指示該寄存器是否被占用。通常 “ 0”表示空閑， “ 1”表示占用。 具有快表的地址變換機構(gòu) 頁表寄存器 頁表始址 頁表長度 ＞ 頁號 頁 196。218。181。216。214。 ＋ 邏輯地址 L 越界中斷 塊號 b 頁表 頁號 頁號 聯(lián) 想 寄 存 器 塊號 b b 快表 d 物理地址 兩級和多級頁表 現(xiàn)代的大多數(shù)計算機系統(tǒng) ， 都支持非常大的邏輯地址空間(232~264)。 在這樣的環(huán)境下 ， 頁表就變得非常大 ， 要占用相當大的內(nèi)存空間 。 例如 ， 對于一個具有 32位邏輯地址空間的分頁系統(tǒng) ，規(guī)定頁面大小為 4 KB即 212 B， 則在每個進程頁表中的頁表項可達 1兆個之多 。 又因為每個頁表項占用 4個字節(jié) ， 故每個進程僅僅其頁表就要占用 4 MB的內(nèi)存空間 ， 而且還要求是連續(xù)的 。 可以采用這樣兩個方法來解決這一問題： ① 采用離散分配方式來解決難以找到一塊連續(xù)的大內(nèi)存空間的問題： ② 只將當前需要的部分頁表項調(diào)入內(nèi)存 ， 其余的頁表項仍駐留在磁盤上 ， 需要時再調(diào)入 。 兩級頁表邏輯地址機構(gòu) 兩級頁表結(jié)構(gòu) 1 0 1 11 0 7 80121 7 4 2n第 0 頁頁表146…012…1 0 2 3第 1 頁頁表1 1 41 1 501…1 0 2 3外部頁 表01234567……1 1 41 1 51 4 6 8第 n 頁頁表1 4 6 8012…1 0 2 3內(nèi)存空 間具有兩級頁表的地址變換機構(gòu) 外部頁 號P1P2外部頁 內(nèi)地址 頁內(nèi)地 址d邏輯地 址＋外部頁 表寄存器外部頁 表＋ db頁表物理地 址? ?頁的共享和保護 ? 多個作業(yè)同時運行相同的程序時，可以使它們共享頁面。辦法是使這些相關進程的邏輯空間的頁指向相同的內(nèi)存塊。 ? 產(chǎn)生的問題：有的頁面可以共享，有的不能 ? 解決的辦法：在頁表中設置讀寫控制字段來進行頁面保護。 ? 分頁系統(tǒng)中實現(xiàn)頁面保護具有一定困難： ? 程序頁面劃分對用戶是透明的，可共享與不能共享的程序有可能劃分到同一個頁面中。 課堂練習題 某虛擬存儲器的用戶編程空間共 321KB，內(nèi)存為 16KB，頁面大小為 1KB。假定某時刻一用戶頁表中已調(diào)入內(nèi)存的頁面的頁號和物理塊號的對照表如下： 頁號 物理塊號 1 5 2 10 3 4 4 7 則邏輯地址 0A5C（ H）所對應的物理地址是什么？ 課堂練習題 在一分頁存儲管理系統(tǒng)中，邏輯地址長度為 16位，頁面大小為 4096字節(jié)，現(xiàn)有一邏輯地址為 2F6AH,且第 0， 1， 2頁依次存放在物理塊 5， 10， 11中，問相應的物理地址為多少？ 邏輯 地址 2F6AH的二 進 制表示如下： 0010 1110 0110 1010 由此可知， 邏輯 地址 2F6AH的 頁號為 2， 該頁 存放在第 11號 物理 塊 中，用十六 進 制表示 塊號為 B，所以物理地址