第四章存儲器管理講授人：夏春梅內容回顧：連續分配方式單一連續分配固定分區分配動態分區分配（重點）可重定位分區分配存儲器的層次結構程序的裝入和鏈接方式提出問題：使用“緊湊”的方法需要付出很大的系統開銷，能否將一個程序直接分散地分配到許多不相鄰的分區中？分頁存儲管理分段存儲管理段頁式存儲管理4.4基本分頁存儲管理方式4.5基本分段存儲管理方式重點：基本分頁、分段系統的實現原理和地址變換過程。難點：基本分頁、分段系統的地址變換過程。主要內容4.4基本分頁存儲管理方式4.4.1頁面與頁表

1.頁面1)頁面和物理塊分頁存儲管理，是將一個進程的邏輯地址空間分成若干個大小相等的片，稱為頁面或頁，并為各頁加以編號，從0開始，如第0頁、第1頁等。相應地，也把內存空間分成與頁面相同大小的若干個存儲塊，稱為(物理)塊或頁框(frame)，也同樣為它們加以編號，如0＃塊、1＃塊等等。在為進程分配內存時，以塊為單位將進程中的若干個頁分別裝入到多個可以不相鄰接的物理塊中。問題：在分頁系統中，內存的利用率是不是就可以達到100%了？由于進程的最后一頁經常裝不滿一塊而形成了不可利用的碎片，稱之為“頁內碎片”。2)頁面大小在分頁系統中的頁面其大小應適中：因此，頁面的大小應選擇得適中，且頁面大小應是2的冪，通常為512B~8KB。頁面頁面數分配時間內存碎片內存利用率太小多長減小高太大少短變大低2.頁表圖4-1頁表的作用3.地址結構對某特定機器，其地址結構是一定的。以32位地址為例，分頁地址中的地址結構如下所示：頁號P位移量W3112110若給定一個邏輯地址空間中的地址為A，頁面的大小為L，則頁號P和頁內地址d可按下式求得：d=[A]MODL頁表始址頁表長度頁號頁內地址≥13490123越界中斷頁表寄存器頁號塊號頁表…邏輯地址塊號塊內地址4.4.2地址變換機構1.基本的地址變換機構3100928假設頁面大小為1K328圖4-2分頁系統的地址變換機構物理地址9244物理地址=塊號*頁面大小+塊內地址例1.已知某分頁系統，主存容量為64K，頁面大小為1K，對一個4頁大的作業，其0，1，2，3頁分別被分配到主存的2，4，6，7塊中。請將十進制的邏輯地址1023、2500、3500、4500轉換成物理地址。

解：塊號頁號0120341562738…………頁表頁號塊號02142637內存分配情況：邏輯地址1023：邏輯地址2500：頁號：1023/1024=對應物理塊號：頁號：2500/1024=2對應物理塊號：6頁內地址：故物理地址為:頁內地址：452故物理地址為:6*1024+452=65961023202*1024+1023=3071頁號塊號02142637頁表計算公式：物理地址=塊號*頁面大小+塊內地址邏輯地址3500：邏輯地址4500：頁號：3500/1024=3對應物理塊號：7頁號：4500/1024=4頁內地址：428故物理地址為:7*1024+428=7596越界頁號塊號02142637計算公式：物理地址=塊號*頁面大小+塊內地址頁表問題：由于頁表是存放在內存中的，這使得CPU在每存取一個數據時，都要兩次訪問內存。因此，采用這種方式將使計算機的處理速度降低近1/2。也就是說，在分頁系統中，內存的利用率提高了，程序的執行速度卻降低了將近一半。怎么辦？2.具有快表的地址變換機構什么是快表？快表：是一個具有并行查尋能力的特殊高速緩沖寄存器，又稱為“聯想寄存器”。快表中存放當前訪問的那些頁表項。圖4-3具有快表的地址變換機構≥d例2.對于一個將頁表存放在內存中的分頁系統：（1）如果訪問內存需要0.2μs，有效訪問時間為多少？（2）如果加一快表，且假定在快表中找到頁表項的幾率高達90%，則有效訪問時間又是多少（假定查快表需花的時間為0）？解：（1）需兩次訪問內存，故有效訪問時間為：2*0.2μs=0.4μs（2）若能從快表中直接找到相應的頁表項，則可立即形成物理地址去內存訪問相應的數據；否則，仍需兩次訪問內存。有效訪問時間為：0.9*0.2+（1-0.9）*0.2*2=0.22μs

問題：現代的大多數計算機系統，都支持非常大的邏輯地址空間(232~264)。在這樣的環境下，頁表就變得非常大，要占用相當大的內存空間。例如，對于一個具有32位邏輯地址空間的分頁系統，規定頁面大小為4KB即212B，則在每個進程頁表中的頁表項可達1兆個之多。如果每個頁表項占用一個字節，則每個進程僅僅其頁表就要占用1MB的內存空間，而且還要求是連續的。解決方案：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的大內存空間的問題；②只將當前需要的部分頁表項調入內存，其余的頁表項仍駐留在磁盤上，需要時再調入。采用兩級或多級頁表請求分頁存儲管理方式1.兩級頁表(Two-LevelPageTable)邏輯地址結構可描述如下：（1）邏輯地址結構4.4.3兩級和多級頁表圖4-4兩級頁表結構圖4-5具有兩級頁表的地址變換機構（2）地址變換機構

2.多級頁表對于32位的機器，采用兩級頁表結構是合適的；但對于64位的機器，如果頁面大小仍采用4KB即212B，那么還剩下52位，假定仍按物理塊的大小(212位)來劃分頁表，則將余下的40位用于外層頁號。此時在外層頁表中可能有1024G個頁表項。必須采用多級頁表，將外層頁表再進行分頁，也是將各分頁離散地裝入到不相鄰接的物理塊中，再利用第2級的外層頁表來映射它們之間的關系。對于64位的計算機，如果要求它能支持264(=1844744TB)規模的物理存儲空間，則即使是采用三級頁表結構也是難以辦到的；而在當前的實際應用中也無此必要。4.5基本分段存儲管理方式4.5.1分段存儲管理方式的引入引入分段存儲管理方式，主要是為了滿足用戶和程序員的下述一系列需要：1)方便編程2)信息共享3)信息保護4)動態增長5)動態鏈接4.5.2分段系統的基本原理1.分段分段地址中的地址具有如下結構：段號段內地址31161502.段表圖4-6利用段表實現地址映射圖4-7分段系統的地址變換過程3.地址變換機構≥4.分頁和分段的主要區別(1)頁是信息的物理單位，分頁是為實現離散分配方式，以消減內存的外零頭，提高內存的利用率。或者說，分頁僅僅是由于系統管理的需要而不是用戶的需要。段則是信息的邏輯單位，它含有一組其意義相對完整的信息。分段的目的是為了能更好地滿足用戶的需要。(2)頁的大小固定且由系統決定，由系統把邏輯地址劃分為頁號和頁內地址兩部分，是由機器硬件實現的，因而在系統中只能有一種大小的頁面；而段的長度卻不固定，決定于用戶所編寫的程序，通常由編譯程序在對源程序進行編譯時，根據信息的性質來劃分。(3)分頁的作業地址空間是一維的，即單一的線性地址空間，