4.3頁(yè)式存儲(chǔ)管理方式4.3.1頁(yè)式存儲(chǔ)管理基本原理頁(yè)面page程序的地址空間被等分成大小為2k的片段，這些片段稱(chēng)為頁(yè)面，又稱(chēng)為虛頁(yè)。頁(yè)框frame物理內(nèi)存也被等分成大小相等的片，稱(chēng)為主存塊、物理塊、頁(yè)框，又稱(chēng)為實(shí)頁(yè)。頁(yè)面大?。巾?yè)框大小圖4-7分頁(yè)系統(tǒng)示意圖邏輯地址結(jié)構(gòu)頁(yè)號(hào)P頁(yè)內(nèi)位移量d（又稱(chēng)為頁(yè)內(nèi)地址）頁(yè)面的大小決定頁(yè)內(nèi)地址的位數(shù)，頁(yè)號(hào)位數(shù)決定了邏輯地址空間中頁(yè)面的總數(shù)。問(wèn)題：如果邏輯地址長(zhǎng)度為16位，頁(yè)面大小為1KB時(shí)，請(qǐng)給出邏輯地址的構(gòu)成。圖4-8分頁(yè)系統(tǒng)邏輯地址結(jié)構(gòu)示意圖頁(yè)號(hào)p和頁(yè)內(nèi)地址d的計(jì)算公式P=INT[A/L]向下取整數(shù)d=[A]modL取余例題4-3：某32位系統(tǒng)，頁(yè)面大小為1KB，對(duì)于邏輯地址3150，試確定邏輯地址的結(jié)構(gòu)，并計(jì)算頁(yè)號(hào)和頁(yè)內(nèi)地址。解答：因?yàn)轫?yè)面大小1KB=210KB，所以頁(yè)內(nèi)地址為0-9位共10位，頁(yè)號(hào)為10-31位共22位。P=INT[3150/1024]=3

d=[3150]mod1024=78所以，頁(yè)號(hào)為3，頁(yè)內(nèi)地址為78。頁(yè)表pagetable系統(tǒng)為每個(gè)進(jìn)程設(shè)置了一張頁(yè)號(hào)到物理塊號(hào)的映射表，稱(chēng)為頁(yè)表。頁(yè)表項(xiàng)PTE包含頁(yè)號(hào)和塊號(hào)，但是實(shí)際只存儲(chǔ)塊號(hào)。

例題4-4：某分頁(yè)系統(tǒng)頁(yè)面大小為4KB，每個(gè)PTE占用4B，若某進(jìn)程大小為120MB，請(qǐng)計(jì)算回答：（1）每個(gè)頁(yè)面可以存儲(chǔ)幾個(gè)PTE？（2）該進(jìn)程的頁(yè)表占用多少內(nèi)存？（3）該進(jìn)程的頁(yè)表需要多少頁(yè)面存儲(chǔ)？解答：（1）每個(gè)頁(yè)面可以存儲(chǔ)4KB/4B=1024個(gè)PTE。（2）進(jìn)程的頁(yè)數(shù)=120MB/4KB=30720個(gè)，即PTE數(shù)量頁(yè)表大小=30720×4B=120KB（3）存儲(chǔ)頁(yè)表需要的頁(yè)面數(shù)=30720/1024=30頁(yè)所以共需30個(gè)頁(yè)面才能存儲(chǔ)該進(jìn)程的頁(yè)表。在前述計(jì)算頁(yè)號(hào)、頁(yè)內(nèi)地址并查詢(xún)物理塊號(hào)F的基礎(chǔ)之上，可以計(jì)算得物理地址：A'=F×L+d式中A'為物理地址，F(xiàn)為頁(yè)面所對(duì)應(yīng)的物理塊號(hào)，L為頁(yè)面大小，d為頁(yè)內(nèi)地址。地址映射與越界保護(hù)如果頁(yè)號(hào)超過(guò)頁(yè)表長(zhǎng)度，則產(chǎn)生“地址越界”中斷，于是停止指令的執(zhí)行，操作系統(tǒng)進(jìn)行越界中斷處理。圖4-10分頁(yè)存儲(chǔ)管理的地址映射機(jī)構(gòu)例：已知某分頁(yè)系統(tǒng)，主存容量為64k，頁(yè)面大小為1k，對(duì)一個(gè)4頁(yè)大的作業(yè)，第0、1、2、3頁(yè)被分配到內(nèi)存的2、4、6、7塊中。求：將十進(jìn)制的邏輯地址1023、2500、4500轉(zhuǎn)換成物理地址。解:(1)1023/1K，得到頁(yè)號(hào)為0，頁(yè)內(nèi)地址1023。又對(duì)應(yīng)的物理塊號(hào)為2，故物理地址為2*1k+1023=3071(2)2500/1K，得到頁(yè)號(hào)為2，頁(yè)內(nèi)地址452又對(duì)應(yīng)的物理塊號(hào)為6，故物理地址為6*1k+452=6596(3)4500/1K，得到頁(yè)號(hào)為4，頁(yè)內(nèi)地址404因?yàn)轫?yè)號(hào)不小于頁(yè)表長(zhǎng)度，故產(chǎn)生越界中斷地址變換舉例：一個(gè)進(jìn)程的頁(yè)表如圖所示，頁(yè)面大小為1KB，將邏輯地址0A5C(H)轉(zhuǎn)換為物理地址。進(jìn)程頁(yè)表頁(yè)號(hào)塊號(hào)051102437答案：125C(H)例題4-5：某分頁(yè)系統(tǒng)邏輯地址20位，其頁(yè)面大小為2KB。某進(jìn)程共三頁(yè)依次放入2、3、7號(hào)物理塊，請(qǐng)回答如下問(wèn)題：（1）該系統(tǒng)邏輯地址結(jié)構(gòu)是怎樣的？進(jìn)程最多可以有多少個(gè)頁(yè)面？（2）邏輯地址2500對(duì)應(yīng)的物理地址是多少？（3）邏輯地址15ACH對(duì)應(yīng)的物理地址是多少？解答：（1）因?yàn)轫?yè)面2KB=211，所以邏輯地址0～10為頁(yè)內(nèi)地址，11～19為頁(yè)號(hào)。（2）頁(yè)號(hào)P=2500/2048=1，頁(yè)內(nèi)地址d=2500%2048=452，查頁(yè)表可知1號(hào)頁(yè)對(duì)應(yīng)的塊號(hào)為3，則實(shí)際物理地址=3×2048+452=6569（3）邏輯地址15ACH的二進(jìn)制形式為00010|10110101101根據(jù)（1）中邏輯地址結(jié)構(gòu)，可知頁(yè)號(hào)為010B=2D，查頁(yè)表可得物理塊號(hào)為7D=111B，所以物理地址為：00111|10110101101，即3CACH。考研例題西北工業(yè)大學(xué)（2002）設(shè)有8頁(yè)的邏輯空間，每頁(yè)有1024字節(jié)，它們被映射到32塊的物理存儲(chǔ)區(qū)中，那么邏輯地址的有效位是__位，物理地址至少是__位。分析邏輯地址有兩個(gè)部分組成：頁(yè)號(hào)和頁(yè)內(nèi)偏移地址。邏輯空間有8（23）頁(yè)，說(shuō)明頁(yè)號(hào)需要3個(gè)二進(jìn)制位描述，而每頁(yè)有1024（210）字節(jié)，說(shuō)明頁(yè)內(nèi)偏移地址為10二進(jìn)制位描述，因此邏輯地址的有效位為3+10=13位。因?yàn)槲锢淼刂放c邏輯地址的頁(yè)面大小相同，而物理存儲(chǔ)塊為32（25）占5位，所以物理地址至少為5+10=15位頁(yè)表存儲(chǔ)在內(nèi)存中，需要增加一次訪(fǎng)問(wèn)內(nèi)存，導(dǎo)致一次訪(fǎng)存變?yōu)閮纱卧L(fǎng)存。嚴(yán)重影響訪(fǎng)存的時(shí)間，從而導(dǎo)致指令執(zhí)行性能下降。頁(yè)式地址變換過(guò)程會(huì)帶來(lái)什么問(wèn)題？主存管理——頁(yè)式存儲(chǔ)管理采用聯(lián)想存儲(chǔ)器加快查表速度①

什么是聯(lián)想存儲(chǔ)器TLB(TranslationLookasideBuffer)

高速、小容量半導(dǎo)體存儲(chǔ)部件，又稱(chēng)緩沖存儲(chǔ)器。具有并行查找能力②

快表在緩沖存儲(chǔ)器中存放正在運(yùn)行的進(jìn)程當(dāng)前用到的頁(yè)號(hào)和對(duì)應(yīng)的塊號(hào)，又稱(chēng)為快表。圖4-11帶快表的分頁(yè)系統(tǒng)地址變換機(jī)構(gòu)思考題如果一個(gè)程序占用200M大小的內(nèi)存空間，它的頁(yè)表需要多大的內(nèi)存空間存儲(chǔ)？既然頁(yè)表也存儲(chǔ)在內(nèi)存中，那么如果頁(yè)表比一個(gè)頁(yè)面還要大會(huì)怎么樣？主存管理——頁(yè)式存儲(chǔ)管理016002k進(jìn)程地址空間…頁(yè)號(hào)012345399940000進(jìn)程頁(yè)表4000外部頁(yè)號(hào)0123兩級(jí)和多級(jí)頁(yè)表頁(yè)號(hào)塊號(hào)050160……1023102頁(yè)表分頁(yè)…頁(yè)號(hào)塊號(hào)307215307316……4000800032M…塊號(hào)01234581920頁(yè)頁(yè)表1頁(yè)頁(yè)表2頁(yè)頁(yè)表3頁(yè)頁(yè)表外部頁(yè)號(hào)塊號(hào)01122435外部頁(yè)表兩級(jí)和多級(jí)頁(yè)表：地址結(jié)構(gòu)：頁(yè)號(hào)頁(yè)內(nèi)地址3112110外部頁(yè)號(hào)外部頁(yè)內(nèi)地址頁(yè)內(nèi)地址31222112110CPU給出：32位線(xiàn)性地址進(jìn)程地址空間分頁(yè)：進(jìn)程頁(yè)表分頁(yè)：主存管理——頁(yè)式存儲(chǔ)管理兩級(jí)和多級(jí)頁(yè)表地址變換過(guò)程：外部頁(yè)表外部頁(yè)表寄存器物理地址外部頁(yè)號(hào)p1外部頁(yè)內(nèi)地址p2頁(yè)內(nèi)地址d…………頁(yè)表分頁(yè)塊號(hào)塊內(nèi)地址外部塊號(hào)頁(yè)號(hào)塊號(hào)頁(yè)號(hào)外部頁(yè)表始址、長(zhǎng)度兩級(jí)和多級(jí)頁(yè)表地址轉(zhuǎn)換外部頁(yè)