【正文】 存儲(chǔ) 管理 120 段頁式存儲(chǔ)管理方式 ? 在段頁式存儲(chǔ)管理系統(tǒng)中，處理機(jī)給出的有效地。 ? 應(yīng)用中會(huì)發(fā)生 數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)增長 的情況，而且這種增長是無法預(yù)知的，采用分段管理可以很好地解決這個(gè)問題。 動(dòng)態(tài)鏈接 是指在作業(yè)運(yùn)行之前，并不把幾個(gè)目標(biāo)程序段都鏈接起來，而是先將主程序?qū)?yīng)的目標(biāo)程序裝入內(nèi)存并啟動(dòng)運(yùn)行，當(dāng)運(yùn)行過程中又需要調(diào)用某段時(shí)，再將該段（目標(biāo)程序）調(diào)入內(nèi)存并鏈接起來。 ? 程序的動(dòng)態(tài)鏈接實(shí)現(xiàn)方便 。多個(gè)邏輯段形成作業(yè)這種組織方式，使用戶可以清晰地設(shè)計(jì)和了解程序的結(jié)構(gòu)。 返回 存儲(chǔ) 管理 117 信息共享 e d 1e d 2…e d 4 0d a t a 1…d a t a 1 0進(jìn)程 12122…6061…70頁表e d 1e d 2…e d 4 0d a t a 1…d a t a 1 0進(jìn)程 22122…6071…80…e d 1e d 2…e d 4 0d a t a 1…d a t a 1 0d a t a 1…d a t a 1 0主存021226061707180頁表分頁系統(tǒng)中共享editor的示意圖 例 :一個(gè)多用戶系統(tǒng)可同時(shí)容納 40個(gè)用戶，都執(zhí)行一個(gè)文本編輯程序（ 160KB代碼和 40KB數(shù)據(jù)區(qū)），代碼是可重入的假定頁面大小為 4KB。 ? 邏輯地址表示： – 分頁是 一維 的，各個(gè)模塊在鏈接時(shí)必須組織成同一個(gè)地址空間； – 分段是 二維 的，各個(gè)模塊在鏈接時(shí)可以每個(gè)段組織成一個(gè)地址空間。 ?一條指令或一個(gè)操作數(shù)可能會(huì)跨越兩個(gè)頁的分界處，而不會(huì)跨越兩個(gè)段的分界處。 分段系統(tǒng)的基本原理 段號 段內(nèi)地址 基本分段存儲(chǔ)管理方式 存儲(chǔ) 管理 114 地址映射機(jī)構(gòu) 段 表 4 2 K6 8 0 B21 9 K2 4 0 B15 K3 0 0 B02 K3 6 0 B51 5 K1 7 0 B48 8 6 21 0 0 B3段基址段長段號存儲(chǔ) 管理 115 分段式地址變換過程 段表始址 段表長度 段表寄存器 ＞ 段號 3 段內(nèi)地址 723 越界中斷 ① ① 邏輯地址 ＋ ② ② 段號 段長 200 0 段基址 16 K 400 1 54 K 150 2 5 K 900 3 8 K … … 8K＋ 723 … 365 … … … ③ ④ 8 K 8915 物理地址 內(nèi)存中的段表 內(nèi)存 3 號 段 ③ 例 ：給定邏輯地址中段號為 3，段內(nèi)地址為 723 存儲(chǔ) 管理 116 分頁和分段的主要區(qū)別 ? 分頁是出于 系統(tǒng)管理 的需要，分段是出于 用戶應(yīng)用 的需要。這樣用 段號 和 段內(nèi)地址 構(gòu)成用戶程序的邏輯地址。這些段中的每一段在邏輯上都是完整的，因此每一段都是一組 邏輯信息 ，有自己的名字，且都有一段連續(xù)的地址空間。 若要申請一塊 40K 字節(jié)的內(nèi)存空間 ， 若采用最佳適應(yīng)算法 ， 則所得到 的分區(qū)首址為 （ ） 。 2． 在可變分區(qū)存儲(chǔ)管理中的緊湊技術(shù)可以 ( )。 4． 分區(qū)管理和分頁管理的主要區(qū)別是 （ ） 。 分頁存儲(chǔ)管理 存儲(chǔ) 管理 110 1． 把作業(yè)地址空間中使用的邏輯地址變成內(nèi)存中物理地址 稱為 （ ） 。 即隨著程序運(yùn)行而動(dòng)態(tài)生成的數(shù)據(jù)增多 ， 地址空間可相應(yīng)增長 。 – 一個(gè)程序不必連續(xù)存放。 多級頁表 存儲(chǔ) 管理 106 兩級頁表 外層頁表頁號 塊號0 781 432 1920 號內(nèi)層頁表( 78 號塊)頁號 塊號0 101 32 921 號內(nèi)層頁表( 4 3 號塊)頁號 塊號0 91 53…存儲(chǔ)分塊表塊號 狀態(tài)0 0… …3 1… …9 110 1… …存儲(chǔ) 管理 107 (2)邏輯地址： (3)地址轉(zhuǎn)換 p1 p2 d 頁表頁面號 頁號 頁內(nèi)偏移地址 d p2 p1 頁表頁面號 頁號 頁內(nèi)地址 外部頁表寄存器 … … 外部頁表 + + 頁表 b d 物理地址 存儲(chǔ) 管理 108 ?多級頁表 將外層頁表再進(jìn)行分頁，也將各外層頁表頁面離散地存放在不同的物理塊中，再利用第 2級的外層頁表來記錄它們之間的對應(yīng)的關(guān)系。 ?解決問題的方法 只將當(dāng)前需用的部分頁表項(xiàng)調(diào)入內(nèi)存，其余的需用時(shí)再調(diào)入。 為了保證快表中的內(nèi)容為現(xiàn)正運(yùn)行程序的頁表內(nèi)容，在每個(gè)程序被選中時(shí)，由恢復(fù)現(xiàn)場程序把快表的所有狀態(tài)位清 “ 0”，或恢復(fù)已保存的快表內(nèi)容。 “ 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。 快表的格式見下圖 。 存儲(chǔ) 管理 102 ? 聯(lián)想存貯器的存取速度比主存高 ，但造價(jià)也高 。 ? 為了提高存取速度 ， 在地址變換機(jī)構(gòu)中增設(shè)一組寄存器 ，用來存放訪問的那些頁表 。 ? 第一次 ：訪內(nèi)存中的頁表 ， 找到該頁的的物理塊號 ， 將此塊號與頁內(nèi)地址拼結(jié)形成物理地址； ? 第二次 ：真正訪問該物理地址 ， 存取其中的內(nèi)容 。作業(yè)請求分配時(shí)，系統(tǒng)就從空閑鏈表頭開始依次摘取若干頁面給用戶進(jìn)程，回收時(shí)，將歸還的空閑塊插入到表頭即可。 ? 回收時(shí)，系統(tǒng)將歸還的空閑塊按空閑塊的編號插入到空閑頁面表中，若有相鄰的空閑塊還要合并，類似于可變分區(qū)方式下的空閑區(qū)管理。 1 1 1 1 1 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 n 塊號 =字號 *字長 +位號 存儲(chǔ) 管理 98 ? ⑵ 空閑頁面表 系統(tǒng)將連續(xù)的若干空閑頁面作為一組登記在空閑頁面表中，如圖。所有位組成字位映像圖，見圖。 ⑴ 位示圖 用一個(gè)二進(jìn)制位（ bit）表示內(nèi)存中一個(gè)物理頁面的狀態(tài)。 ? 答案 ：邏輯地址有 13位 ， 物理地址有 15位 。 0000 0000 0000 0000 0110 1101 0111 1000 邏輯地址 28024 頁號 6 頁內(nèi)地址 3448 物理地址 85368 0000 0000 0000 0001 0100 1101 0111 1000 舉例 設(shè)頁長 為 4096 塊號 20 塊內(nèi)地址 3448 0000 0000 0000 0001 0100 0000 0000 0000 即將邏輯地址中頁號替換為塊號。 存儲(chǔ) 管理 91 通過頁表實(shí)現(xiàn)地址映射， 設(shè)頁長為 P 內(nèi)存 1 2 3 4 5 6 7 8 作業(yè)線性地址空間 0 1 … … A … … L 0頁 1頁 2頁 3頁 4頁 分頁后 地址空間 頁表 塊號 4 7 3 5 6 頁號 0 1 2 3 4 若邏輯地址為 A，則有： A所對應(yīng)的 物理地址 =塊號 M*頁長 P+頁內(nèi)地址 D A/P= 商 為頁號 N 余數(shù)為頁內(nèi)地址 D 存儲(chǔ) 管理 92 地址映射： ? 由于頁面和物理塊的大小相等，故頁內(nèi)偏移地址和塊內(nèi)偏移地址是相同的。物理塊號內(nèi)的偏移地址就是頁內(nèi)偏移地址。無須進(jìn)行從頁內(nèi)地址到塊內(nèi)地址的轉(zhuǎn)換。 滿 滿 滿 滿 滿 滿 滿 滿 滿 滿 存儲(chǔ) 管理 89 0頁 1頁 2頁 3頁 4頁 … N頁 頁號 塊號 0 4 1 7 2 3 3 5 4 2 … … 頁表 用戶程序 內(nèi)存 通過頁表實(shí)現(xiàn)頁面映射 0 1 2 存儲(chǔ) 管理 90 地址映射 ? 在系統(tǒng)中設(shè)置地址變換機(jī)構(gòu)，能將用戶進(jìn)程地址空間中的邏輯地址變?yōu)?內(nèi)存空間中 的物理地址 。 ? 地址結(jié)構(gòu)如下 ： 頁內(nèi)地址 頁號 31 12 11 0 若給定某一個(gè)邏輯地址（或相對地址），通過下面式子可以得出頁號和頁內(nèi)偏移量： 頁號 =邏輯地址 DIV 頁面大小 頁內(nèi)偏移量 =邏輯地址 MOD 頁面大小 邏輯地址 =邏輯頁首址 +頁內(nèi)地址（頁內(nèi)偏移量） =邏輯頁號 *4K+頁內(nèi)地址 （頁內(nèi)偏移量） 存儲(chǔ) 管理 87 例如頁面大小為 4 KB的系統(tǒng)中，若邏輯地址為 28024 由上式求得 28024 div 4096=6（頁號） 28024 mod 4096=3448（頁內(nèi)偏移量） 0000 0000 0000 0000 0110 1101 0111 1000 28024 頁號 6 頁內(nèi)地址 3448 存儲(chǔ) 管理 88 頁表 ? 若把他分頁后裝入到不相鄰的物理塊中，要保證系統(tǒng)仍能正確運(yùn)行，就要實(shí)現(xiàn) 從進(jìn)程的邏輯地址變換為內(nèi)存的物理地址 。 ? 這實(shí)際是個(gè)把作業(yè)從地址空間映射到存儲(chǔ)空間的過程 存儲(chǔ) 管理 85 ? 頁面的劃分完全是一種系統(tǒng)硬件的行為，一個(gè)邏輯地址放到這種地址結(jié)構(gòu)，自然就分成了 頁號 和 頁內(nèi)單元號 兩部分。 早期的頁面大小一般都在 512 B～ 4 KB，隨著計(jì)算機(jī)性能的提高，現(xiàn)在一般在 2 KB～ 8 KB，甚至有的系統(tǒng)支持多種頁面大小，比如Solaris就有 4 KB和 8 KB兩種頁面。頁面不能過大，也不能過小?？梢栽O(shè)想一下，如果上例中飯店所有的客房都是十人間的話，效益肯定不如全是雙人間的好 存儲(chǔ) 管理 82 頁面 (或塊 )的大小由系統(tǒng)硬件地址結(jié)構(gòu)規(guī)定，通常是 2的冪，例如 1 KB、 2 KB、 4 KB等。 存儲(chǔ) 管理 81 ? ④ 每個(gè)塊的 大小是固定 的，一般是個(gè)1/2KB～ 8KB之間的數(shù)值（請讀者思考：塊尺寸為什么太大或太小都不好），而且必須是個(gè) 2的冪次 。 ? 這好象飯店有個(gè)記錄客戶入住情況的客戶登記表一樣。系統(tǒng)裝入作業(yè)時(shí)，以 頁為單位 分配內(nèi)存， 一頁分配一個(gè)塊 ，作業(yè)所有的頁所占的塊 可以不連續(xù) 。 這里，對作業(yè)地址空間分頁就相當(dāng)于把旅游團(tuán)成員分成兩人一組。 存儲(chǔ) 管理 79 ? ② 每個(gè) 作業(yè) 的地址空間也劃分成一系列與內(nèi)存塊 一樣大小 的塊，每一塊稱為一個(gè)邏輯頁或 虛頁 ，也有人叫頁面，可簡稱為 頁 （ page）。所有的塊按物理地址 遞增順序 連續(xù)編號為 0、 …… 。因?yàn)槁糜螆F(tuán)本來就是由一位位個(gè)人或夫妻等組成的，而飯店的客房本來也是兩人一間的，兩人一組正好可住在一個(gè)客房里；另外，飯店幾乎每天都有入住的和退房的客人，想在同一樓層找?guī)组g挨著的客房實(shí)在不容易。請?jiān)?！”? 分為： 實(shí)分頁存儲(chǔ)管理 和 虛分頁存儲(chǔ)管理 存儲(chǔ) 管理 76 一、分頁式存儲(chǔ)管理 － 實(shí)存模式下的頁式存儲(chǔ)管理 ? 假設(shè)一個(gè)大型飯店，所有的客房都是標(biāo)準(zhǔn)的雙人間，部分客房已經(jīng)住進(jìn)客人，現(xiàn)在又有一個(gè)旅游團(tuán)要求入住。 ? 考慮的問題：