3. 基本分頁存儲管理方式

u本部分討論不具備對換功能的純分頁模式，作業運行需要全部裝入內存。

u比較連續分配方式

n作業邏輯地址空間有M大，就需要向內存申請一個M大的連續區域。

n分頁的目的是更細粒度的處理空間，減少粗放管理的浪費或開銷問題。

1）頁面的概念

u內存劃分成多個小單元，每個單元K大小，稱（物理）塊。作業也按K單位大小劃分成片，稱為頁面。

①物理劃分塊的大小= 邏輯劃分的頁的大小

②頁面大小要適中。

? 太大，（最后一頁）內碎片增大，類似連續分配的問題。

? 太小的話，頁面碎片總空間雖然小，提高了利用率，但每個進程的頁面數量較多，頁表過長，反而又增加了空間使用。

2）頁表的概念

u為了找到被離散分配到內存中的作業，記錄每個作業各頁映射到哪個物理塊，形成的頁面映射表，簡稱頁表。

u每個作業有自己的頁表

u頁表的作用：

? 頁號到物理塊號的地址映射

u要找到作業A

? à關鍵是找到頁表（PCB）

? à根據頁表找物理塊

3）地址的處理

u連續方式下，每條指令用基地址+偏移量即可找到其物理存放的地址。

規律

?作業相對地址在分頁下不同位置的數有一定的意義結構：

? 頁號+頁內地址（即頁內偏移）

?關鍵的計算是：根據系統頁面大小找到不同意義二進制位的分界線。

?從地址中分析出頁號后，地址映射只需要把頁號改為對應物理塊號，偏移不變，即可找到內存中實際位置。

4）地址變換機構

u地址變換過程

? 分頁系統中，進程創建，放入內存，構建頁表，在PCB中記錄頁表存放在內存的首地址及頁表長度。

1.運行某進程A時，將A進程PCB中的頁表信息寫入PTR中；

2.每執行一條指令時，根據分頁計算原理，得到指令頁號X和內部偏移量Y；

3.CPU高速訪問PTR找到頁表在哪里；

為防止錯誤檢索，增加預先的判斷：

? 計算得到的頁號是否大于頁表長度（即頁表項數）

?一個5頁的進程，頁面編號0-4，若地址計算出的頁號不在該范圍，一定產生了越界錯誤。

4.查頁表數據，得到X實際對應存放的物理塊，完成地址映射計算，最終在內存找到該指令。

5）引入快表——針對訪問速度問題

問題：基本分頁機制下，一次指令需兩次內存訪問，處理機速度降低1/2，分頁空間效率的提高以如此的速度為代價，得不償失。

改進：減少第1步訪問內存的時間。增設一個具有“并行查詢”能力的高速緩沖寄存器，稱為“快表”，也稱“聯想寄存器”（Associative

memory），IBM系統稱為TLB（Translation Look aside Buffer）。

快表放什么？：正在執行進程的頁表的數據項。

6）兩級、多級頁表，反置頁表

——針對大頁表占用內存問題

②多級頁表

u64位操作系統下，兩級仍然不足以解決頁表過大問題時，可按同樣道理繼續分頁下去形成多級頁表。

③反置頁表

每個進程一張頁表→ 一張OS 反置頁表 + 每進程一張外部頁表

u反置頁表（Inverted

Page Tale）：站在物理塊的角度，記錄占用它的已調入內存的進程標識和頁號。系統中只需一張該表即可。一個64MB內存，若頁面大小4KB（64M/4K=2^16=16K個物理塊），反置頁表占用64KB（16K*4B）

u進程外部頁表（External

Page Table）：每個進程一張，記錄進程不在內存中的那些頁面所在的外存物理位置。

u如何提高檢索反置頁表速度：內存容量大時，反置頁表的頁表項還是會很大，利用進程標識符和頁號去檢索一張大的線性表很費時，可利用hash算法提高檢索速度。

4.基本分段存儲管理方式

u從提高內存利用率角度；

n固定分區 à動態分區à分頁

u從滿足并方便用戶（程序員）和使用上的要求角度：

n分段存儲管理：作業分成若干段，各段可離散放入內存，段內仍連續存放。

^方便編程：如匯編中通過段：偏移確定數據位置

^信息共享：同地位的數據放在一塊方便進行共享設置

^信息保護

^動態增長：動態增長的數據段事先固定內存不方便

^動態鏈接：往往也是以邏輯的段為單位更方便

1）分段系統的基本原理

v程序通過分段(segmentation)劃分為多個模塊，每個段定義一組邏輯信息。如代碼段（主程序段main，子程序段X）、數據段D、棧段S等。

v誰決定一個程序分幾段，每段多大？

v編譯程序（基于源代碼）

u段的特點

n每段有自己的名字（一般用段號做名），都從0編址，可分別編寫和編譯。裝入內存時，每段賦予各段一個段號。

n每段占據一塊連續的內存。（即有離散的分段，又有連續的內存使用）

n各段大小不等。

3）分頁和分段的主要區別

1.需求：分頁是出于系統管理的需要，是一種信息的物理劃分單位，分段是出于用戶應用的需要，是一種邏輯單位，通常包含一組意義相對完整的信息。

一條指令或一個操作數可能會跨越兩個頁的分界處，而不會跨越兩個段的分界處。

2.大小：頁大小是系統固定的，而段大小則通常不固定。分段沒有內碎片，但連續存放段產生外碎片，可以通過內存緊縮來消除。相對而言分頁空間利用率高。

3.邏輯地址：分頁是一維的，各個模塊在鏈接時必須組織成同一個地址空間；

???????????????????? 分段是二維的，各個模塊在鏈接時可以每個段組織成一個地址空間。

4.其他：通常段比頁大，因而段表比頁表短，可以縮短查找時間，提高訪問速度。分段模式下，還可針對不同類型采取不同的保護；按段為單位來進行共享

4）信息共享

分段系統的突出優點：

易于實現共享：

在分段系統中，實現共享十分容易，只需在每個進程的段表中為共享程序設置一個段表項。

比較課本圖。對同樣的共享內容的管理上，很明顯分段的空間管理更簡單。分頁的圖涉及太多的頁面劃分和地址記錄的管理。

易于實現保護：

代碼的保護和其邏輯意義有關，分頁的機械式劃分不容易實現。