操作系統(tǒng)課件分頁

分頁存放管理將邏輯地址空間劃分為某些相等片，稱為頁；將物理地址空間劃分為同樣大小塊，稱為塊。通過合適變換，將一頁對應(yīng)一塊。邏輯地址空間和物理地址空間對應(yīng)關(guān)系由頁表（PMT）來指明。1/20圖分頁存放管理2/20圖頁面變換表確保了作業(yè)正確執(zhí)行頁表連續(xù)，塊表不連續(xù)，由PMT負(fù)責(zé)連接主存中不連續(xù)塊3/20

地址變換機(jī)構(gòu)為了實(shí)現(xiàn)邏輯地址空間到物理地址空間地址變換，需要提供某些硬件支持，即地址變換機(jī)構(gòu)。從邏輯地址空間到物理存放空間地址變換，一般有三種辦法：動態(tài)地址變換機(jī)構(gòu)DAT，高速頁面變換寄存器、聯(lián)想存放器/快表。動態(tài)地址變換機(jī)構(gòu)DAT動態(tài)地址變換機(jī)構(gòu)自動將所有地址劃分為頁號和頁內(nèi)地址作業(yè)執(zhí)行時應(yīng)把邏輯地址轉(zhuǎn)換成物理地址，轉(zhuǎn)換公式為：物理地址=塊號X塊長+頁內(nèi)地址4/20

例：某系統(tǒng)指令有效地址為24位，則邏輯地址空間最大可達(dá)224=16MB。假定頁面大小為4KB（頁內(nèi)地址12位），那么邏輯地址空間最多可達(dá)4096個頁面（頁號12位）。動態(tài)地址變換機(jī)構(gòu)自動將邏輯地址劃分為頁號（12位）和頁內(nèi)地址（12位）。5/20圖動態(tài)地址變換機(jī)構(gòu)CPU產(chǎn)生6/20頁表控制寄存器PTCR包括頁表長度和頁表在內(nèi)存起始地址PTCR、PMT、頁和塊之間關(guān)系？7/20圖PTCR、PMT、頁和塊之間關(guān)系頁表控制寄存器頁面變換表每個作業(yè)都有一種頁面變換表，所有作業(yè)PMT放在OS一種工作區(qū)中，由頁表控制寄存器指出作業(yè)頁面變換表起始地址。當(dāng)處理機(jī)執(zhí)行一種新作業(yè)或恢復(fù)一種舊作業(yè)時，只要修改頁表控制寄存器內(nèi)容，使之指向要執(zhí)行作業(yè)PMT起始地址即可。8/20

高速頁面變換寄存器采取硬件高速寄存器來實(shí)現(xiàn)從作業(yè)地址空間到物理地址空間變換。由于高速寄存器成本高，因此它適用于地址空間小作業(yè)。在多道程序設(shè)計時，一次只有一種作業(yè)在運(yùn)行，故只需一組高速寄存器就可滿足。例：假定頁面大小為4KB，作業(yè)為100KB，則需要25個高速寄存器即可。9/20快表有關(guān)背景1、DAT(動態(tài)地址變換機(jī)構(gòu))：頁表寄存在主存中，由OS統(tǒng)一管理，每條指令執(zhí)行都必須進(jìn)行地址變換。故一條指令須兩次訪問存放器：一次是把頁號變成物理塊號，另一次是實(shí)際存取所要數(shù)據(jù)或指令。影響運(yùn)行速度。2、高速寄存器缺陷：成本高。對二者折中：即在DAT加入一組高速寄存器（寄存正在運(yùn)行作業(yè)目前最常用頁號和對應(yīng)塊號），這些寄存器連同管理它們硬件組成了一種容量較小存放器——快表。10/20圖利用快表加速查表“雙管齊下”：快表與PMT同步進(jìn)行，在快表中，一旦找到塊號，即停頓PMT；假如在快表中檢索不到所要塊號，應(yīng)利用PMT表進(jìn)行查找，并將頁號以及所對應(yīng)塊號一起填入快表內(nèi)空白單元中。假如快表沒有空白單元，應(yīng)根據(jù)規(guī)則淘汰一種單元內(nèi)容再填入。11/20分頁存放管理算法建立如下表格，由OS統(tǒng)一管理：寄存在OS所使用工作區(qū)內(nèi)表目表目內(nèi)容調(diào)試時作業(yè)表JT整個系統(tǒng)一張表。每個作業(yè)對應(yīng)一種表目某一作業(yè)頁表始址、頁表長度、狀態(tài)信息假如存放要求能夠得到滿足，就在此表上進(jìn)行登記；當(dāng)作業(yè)輪到處理時，就從JT把該作業(yè)頁表始址和頁表長度送到控制寄存器中。存放分塊表MBT整個系統(tǒng)一張表。每一表目對應(yīng)一種存放塊統(tǒng)計該塊狀態(tài)：已分派或未分派頁面變換表PMT每個作業(yè)一張表，一種頁面向應(yīng)一種表目每個表目統(tǒng)計頁號及對應(yīng)塊號12/20作業(yè)表JT存放分塊表MBT頁面變換表PMT登記作業(yè)表（表目）在OS區(qū)為頁表分派存放區(qū)，并將其起始地址填入作業(yè)表搜存放分塊表空閑塊，將作業(yè)號填入其中塊號填入頁表中13/20碎片概念分頁管理中，內(nèi)存分派以物理塊為單位，作業(yè)裝入時一種頁面向應(yīng)于一種內(nèi)存塊，當(dāng)一種作業(yè)最后一頁不滿時，它們占有一種物理塊，不滿部分就組成了“內(nèi)碎片”。內(nèi)碎片大小肯定不大于內(nèi)存塊長度，平均每個作業(yè)內(nèi)存空間內(nèi)碎片量為半個塊長。因此內(nèi)碎片量是有限，而各作業(yè)之間不存在“外碎片”，因此分頁管理不需要“拼接”碎片，它有效處理了內(nèi)存碎片問題。14/20

分頁存放管理方案評價不需要靠攏消除碎片，便于多道程序設(shè)計，提升了CPU和主存利用率。采取動態(tài)地址變換會增加計算機(jī)成本和減少處理機(jī)速度。多種表格要占用一定容量主存空間，并且還要花費(fèi)一部分處理機(jī)時間用來建立和管理這些表格。雖然說外部碎片消除了，但每個作業(yè)最后一頁一般都有不能充足利用空白區(qū)（內(nèi)部碎片）。頁面大？頁面小？作業(yè)地址空間受到內(nèi)存實(shí)際容量限制，存放擴(kuò)充問題仍未得到處理。15/20思考題與可變分區(qū)存放管理相比，采取頁式存放管理時處理器在單位時間里執(zhí)行指令數(shù)量是增加還是減少？為何？假定某采取頁式存放管理系統(tǒng)中，主存容量為1M，被提成256塊，塊號為0，1，2，……255。現(xiàn)有一種共4頁（頁號為0，1，2，3）作業(yè)被依次裝人到主存第2，4，1，5塊中。請回答：

（1）主存地址應(yīng)當(dāng)用多少位來表達(dá)？

（2）作業(yè)每一頁長度為多少字節(jié)？邏輯地址中頁內(nèi)地址部分應(yīng)占用多少位？

（3）把作業(yè)中每一頁占用主存塊起始地址填人下表。

（4）若作業(yè)執(zhí)行中要從第0頁第75單元和第3頁第548單元讀信息，那么，實(shí)際應(yīng)從主存哪兩個單元讀信息？請把應(yīng)訪問主存絕對地址用二進(jìn)制編碼十六進(jìn)制數(shù)表達(dá)。16/20[1.題解]與可變分區(qū)存放管理相比，采取頁式存放管理時處理器在單位時間里執(zhí)行指令數(shù)量會減少。這是由于，頁式存放管理在進(jìn)行地址轉(zhuǎn)換時要多花一次訪問主存放器查頁表時間，因而延長了指令執(zhí)行時間，使得單位時間里執(zhí)行指令數(shù)量減少。17/20［2.題解］（1）主存地址應(yīng)當(dāng)用20位來表達(dá)。

（2）作業(yè)每一頁長度應(yīng)為212次方=4096個字節(jié)，邏輯地址中頁內(nèi)地址部分應(yīng)占用12位。

（3）作業(yè)中每一頁占用主存塊起始地址為：

頁號

起始地址

0

8K

1

16K

2

4K

3

20K

（4）若作業(yè)執(zhí)行中要從第0頁第75單元讀信息，則實(shí)際應(yīng)從主存第2塊第75單元讀，應(yīng)訪問主存絕對地址用二進(jìn)制編碼十六進(jìn)制數(shù)表達(dá)為對204B。若要從第3頁第548單元讀信息，則實(shí)際應(yīng)從主存第5塊第548單元讀，應(yīng)訪問主存絕對地址用二進(jìn)制編碼十六進(jìn)制數(shù)表達(dá)為：05224。18/20

例：有一頁式系統(tǒng)，其頁表寄存在主存中：①假如對主存一次存取需要1.5μs,試問實(shí)現(xiàn)一次頁面訪問存取時間是多少?②假如系統(tǒng)加有快表,平均命中率為85%,當(dāng)頁表項在快表中時,其查找時間忽視為0,試問此時存取時間是多少?19/20答：若頁表寄存在主存