分頁式存儲管理

1、4.3 分頁式存儲管理4.3.1 分頁式存儲管理的基本原理 4.3.2 相聯(lián)存儲器和快表4.3.3 分頁式存儲空間的分配和去配4.3.4 分頁式存儲空間的頁面共享和保護4.3.5 多級頁表4.3.6 反置頁表4.3.1 分頁式存儲管理基本原理(1)為什么要引進分頁技術(shù)為什么要引進分頁技術(shù)? ?基本原理基本原理(1)(1)頁框頁框 (2)(2)頁面頁面 (3) (3) 邏輯地址形式邏輯地址形式 (4) (4) 頁表和地址轉(zhuǎn)換頁表和地址轉(zhuǎn)換 分頁式存儲管理基本原理(2) 動態(tài)重定位技術(shù)，讓程序的指令執(zhí)行時動態(tài)地進行地址變換，給每個頁面設立重定位寄存器，重定位寄存器的集合便稱頁表頁表（page ta

2、ble）。 頁表是操作系統(tǒng)為每個用戶作業(yè)建立的，用來記錄程序頁面和主存對應頁框的對照表 分頁式存儲管理基本原理(3) 塊號1塊號2塊號第0頁第1頁頁號作業(yè)名BA頁表始址XXXXXX頁表長度XXXX作業(yè)表頁表 頁表和作業(yè)表的一般格式頁式存儲管理的地址轉(zhuǎn)換和存儲保護 頁表始址頁表長度作業(yè)名A頁表始址xxxxxx頁表長度50作業(yè)表塊號比較頁號 頁內(nèi)地址塊號 頁內(nèi)地址頁表頁表控制寄存器絕對地址邏輯地址地址越界4.3.2 相聯(lián)存儲器和快表 相聯(lián)存儲器 快表的格式 采用相聯(lián)存儲器后地址轉(zhuǎn)換 采用相聯(lián)存儲器的地址轉(zhuǎn)換 假定訪問主存時間為100毫微秒，訪問相聯(lián)存儲器時間為20毫微秒，相聯(lián)存儲器為32個單元時快

3、表命中率可達90%，按邏輯地址存取的平均時間為：（10020）90%(100+100+20)(1-90%)130毫微秒 比兩次訪問主存的時間100毫微秒2+20220毫微秒下降了四成多。4.3.3分頁式存儲空間的分配和去配 位示圖法 鏈表方法 分配算法 4.3.4分頁存儲管理能實現(xiàn)多作業(yè)共享程序和數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)共享 程序共享 共享信息的保護問題 標志位保護方法 鍵保護方法4.3.5 多級頁表 多級頁表的概念 多級頁表的具體做法 邏輯地址結(jié)構(gòu) 邏輯地址到物理地址轉(zhuǎn)換過程多級頁表的概念(1)頁表存儲開銷太大 CPU具有32位地址時 ,使用232邏輯地址空間的分頁系統(tǒng),規(guī)定頁面4KB時,每個進程頁表的表

4、項有1兆(220)個,若表項占用4個字節(jié),則每個進程需要占用4KB連續(xù)內(nèi)存空間存放頁表。 多級頁表的概念(2) 多級頁表多級頁表概念：頁表和頁面一樣也進行分頁，內(nèi)存僅存放當前使用的頁表,暫時不用部分放在磁盤上,待用到時再行調(diào)進。 具體做法：把整個頁表進行分頁,分成一張張小頁表(稱為頁表頁頁表頁) ) ,小頁表的大小與頁框相同，為進行索引查找,應該為這些小頁表建一張頁目錄表,其表項指出小頁表所在頁框號及相關(guān)信息。 多級頁表的概念(3) 系統(tǒng)為每個進程建一張頁目錄表，它的每個表項對應一個頁表頁頁表頁,而頁頁表頁表頁的每個表項給出了頁面和頁框的對應關(guān)系,頁目錄表是一級頁表,頁表頁頁表頁是二級頁表。

5、邏輯地址結(jié)構(gòu)有三部分組成：頁目錄、頁表頁和位移。 多級頁表地址轉(zhuǎn)換過程 B offset dir page offsetBF進程一級頁表進程二級頁表物理地址邏輯地址頁目錄表控制寄存器解決頁表頁占用內(nèi)存空間的問題 進程運行涉及頁面的頁表頁應放在主存,其他頁表頁使用時再調(diào)入, 在頁目錄表中增加特征位,指示對應的頁表頁是否已調(diào)入內(nèi)存, 地址轉(zhuǎn)換機構(gòu)根據(jù)邏輯地址中的dir,去查頁目錄表對應表項,如未調(diào)入,應產(chǎn)生一個”缺頁表頁”中斷信號，請求操作系統(tǒng)將頁表頁調(diào)入主存。SUN SPARC計算機三級分頁結(jié)構(gòu) 上下文號索引1(8) 索引2(6) 索引3(6) 偏移(12)上下文表第一級第二級第三級4K頁面04

6、095頁表多級頁表結(jié)構(gòu)的本質(zhì) 多級不連續(xù)導致多級索引。 以二級頁表為例，用戶程序的頁面不連續(xù)存放，要有頁面地址索引，該索引是進程頁表；進程頁表又是不連續(xù)存放的多個頁表頁，故頁表頁也要頁表頁地址索引，該索引就是頁目錄。 頁目錄項是頁表頁的索引，而頁表頁項是進程程序的頁面索引。4.3.5反置頁表(1) 頁框號 位移進程標識 頁號 位移 進程標識 頁號 特征位 鏈指針 索引反置頁表物理地址邏輯地址哈希函數(shù)哈希表反置頁表及其地址轉(zhuǎn)換反置頁表(2) IPT是為內(nèi)存中的每一個物理塊建立一個頁表并按照塊號排序, 該表每個表項包含正在訪問該頁框的進程標識、頁號及特征位,用來完成主存頁框到訪問進程的頁號、即物理

7、地址到邏輯地址的轉(zhuǎn)換。 反置頁表(3) 地址轉(zhuǎn)換過程如下: 邏輯地址給出進程標識和頁號,用它們?nèi)ケ容^IPT,若整個反置頁表中未能找到匹配的頁表項,說明該頁不在主存,產(chǎn)生請頁中斷,請求操作系統(tǒng)調(diào)入;否則，該表項的序號便是頁框號,塊號加上位移,便形成物理地址。4.4.1 程序的分段結(jié)構(gòu) 分段存儲管理引入的主要原因 模塊化程序設計的分段結(jié)構(gòu) 分頁存儲管理-一維地址結(jié)構(gòu) 分段存儲管理-二維地址結(jié)構(gòu)模塊化程序設計的分段結(jié)構(gòu) 子程序段X數(shù)組段Acall X (調(diào)用X段的入口E)call Y (調(diào)用Y段的入口F)load 1,A (調(diào)用數(shù)組段AG)主程序段E：F：子程序段YG：工作區(qū)段4.4.2 分段式存儲

8、管理的基本原理(1) 兩維邏輯地址段號：段內(nèi)地址 作業(yè)表和段表 段式存儲管理的地址轉(zhuǎn)換和存儲保護XXXXXX始址第0段第1段段號作業(yè)名BA段表始址XXXXXX表段長度XXXX作業(yè)表段表XXXXXX長度第2段 分段式存儲管理的基本原理(2) 段控制寄存器 段表始址 段表長度 段號s 位移d 段長 基址 物理地址越界? 段表4.4.3段的共享 多對基址/限長寄存器 段的共享，是通過不同作業(yè)段表中的項指向同一個段基址來實現(xiàn)。 幾道作業(yè)共享的例行程序就可放在一個段中，只要讓各道作業(yè)的共享部分有相同的基址/限長值。 對共享段的信息必須進行保護。 分段和分頁的比較(1) 分段是信息的邏輯單位，由源程序的邏輯結(jié)構(gòu)所決定，用戶可見， 段長可根據(jù)用戶需要來規(guī)定，段起始地址可從任何主存地址開始。 分段方式中，源程