分页式存储管理详解

分页式存储管理详解

引用

CSDN

1.

https://blog.csdn.net/weixin_50998219/article/details/139153004

分页式存储管理是现代操作系统中用于管理内存的重要技术。它允许将程序分割成多个页面，并将这些页面存储在主存中的不同位置，从而实现更有效的内存使用和管理。本文将详细介绍分页式存储管理的基本原理、核心概念以及相关的优化技术。

基本原理

分页式存储管理允许作业存放在若干个不相邻的分区中，既可免去移动内存信息而产生的工作量，又可充分利用主存空间，尽量减少主存碎片。

基本概念

• 页框：主存空间按物理地址分成多个大小相等的区，每个区称为块（又称页框page frame）
• 页面：程序（作业）按逻辑地址分成多个大小相等的区，每个区称为一个页面(page)，大小与页框大小相等
• 页表：页表是记录逻辑空间（虚拟内存）中每一页在内存中对应的物理块号。但并非每一页逻辑空间都会实际对应着一个物理块，只有实际驻留在物理内存空间中的页才会对应着物理块。
  页表是需要一直驻留在物理内存中的（多级页表除外），另外页表的起址和长度存放在 PCB（Process Control Block）进程控制结构体中。
• 逻辑地址形式：页号和单元号
• 页表、作业表和地址转换
  逻辑地址 =页号* 页长 + 单元号 【通过页号查找页表】
  物理地址 =页框号（块号） * 块长 + 单元号

地址转换

1. 进程访问某个逻辑地址时，分页地址机构自动将逻辑地址分为页号和页内地址
2. 页号大于页表长度，越界错误
3. 页表项的地址 p = 页表起始地址 F + 页号 P * 表项大小 S，从而得到对应的物理块号 B
4. 页和物理块的大小是一致的，所以 页内地址=块内地址
5. 然后 物理地址 = 物理块号 B * 页大小 L + 页内地址
6. 根据物理地址读取数据

相联存储器和快表

• 通常页表存放在主存中，因此按逻辑地址访问某个主存地址内容时，需要涉及二次主存访问，效率较低
• 相联存储器，一个专用的高速缓冲存储器，用于存放最近被访问的部分页表，是分页式存储管理的重要组成部分。
• 快表，存放在相联存储器中的部分页表内容
  快表是为了加快虚拟地址到物理地址这个转换过程而存在的。页式存储管理的快表一般存放在 CPU 内部的高速缓冲存储器 Cache。快表与页表的功能类似，其实就是将一部分页表存到 CPU 内部的高速缓冲存储器 Cache。CPU 寻址时先到快表查询相应的页表项形成物理地址，如果查询不到，则到内存中查询，并将对应页表项调入到快表中。但，如果快表的存储空间已满，则需要通过算法找到一个暂时不再需要的页表项，将它换出内存。因为高速缓冲存储器的访问速度要比内存的访问速度快很多，因此使用可以大大加快虚拟地址转换成物理地址。根据统计，快表的命中率可以达到 90%以上。

解决页表规模过大

• 多级页表
• 页表可以部分存放在内存中
• 例，二级页表系统中，一次按逻辑地址的主存访问需要访问三次主存：一次访问页目录、一次访问页表、一次访问具体的数据
• 反置页表
• 块号→页号
• 仅保存调入内存的页面信息

其他

• 存储空间的分配和去配
• 主存分配以块为单位
• 可采用位示图记录主存分配情况（0/1）
• 或采用链表方式记录主存分配情况
• 页面共享
• 代码共享，由于代码中包含指令或数据地址，需要确定统一的页号
• 页面保护
• 标志位法，在页表中增加标志位信息
• 存储保护键法