分页存储管理
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知识难度:
考试要求: 掌握     
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       尽管分区管理方案是解决多道程序共享主存的可行方案,但是该方案的主要问题是用户程序必须装入连续的地址空间中,若无满足用户要求的连续空间,需要进行分区靠拢操作,这是以耗费系统时间为代价的。为此,引入了分页存储管理方案。
       纯分页存储管理
          分页原理
          将一个进程的地址空间划分成若干个大小相等的区域,称为页。相应地,将主存空间划分成与页相同大小的若干个物理块,称为块或页框。在为进程分配主存时,将进程中若干页分别装入多个不相邻接的块中。
          地址结构
          分页系统的地址结构由两部分组成:前一部分为页号P;后一部分为偏移量W,即页内地址。图中的地址长度为32位,其中,0~11位为页内地址(每页的大小为4KB),12~31位为页号,所以允许地址空间的大小最多为1MB个页。
          页表
          当进程的多个页面离散地分配到主存的多个物理块时,系统应能保证在主存中找到进程要访问的页面所对应的物理块。为此,系统为每个进程建立了一张页面映射表,简称页表(如下图所示)。每个页在页表中占一个表项,记录该页在主存中对应的物理块号。
          
          页式存储管理的地址映射
       快表
       从地址映射的过程可以发现,页式存储管理至少需要两次访问主存。例如,第一次是访问页表,得到的是数据的物理地址;第二次是存取数据;若该数据是间接地址,还需要再进行地址变换,再存取数据,显然访问主存的次数大于2。为了提高访问主存的速度,可以在地址映射机构中增加一组高速寄存器,用来保存页表。这种方法需要大量的硬件开销,在经济上是不可行的。另一种方法是在地址映射机构中增加一个小容量的联想存储器,联想存储器由一组高速存储器组成,称之为快表,用来保存当前访问频率高的少数活动页的页号及相关信息。
       两级页表机制
       两级页表机制的基本方法是将页表进行分页,每个页面的大小与主存物理块的大小相同,并为它们进行编号,可以离散地将各个页面分别存放在不同的物理块中。为此需要建立一张页表,称为外层页表(页表目录),即第一级是页目录表,其中的每个表目是存放某个页表的物理地址;第二级是页表,其中的每个表目所存放的是页的物理块号。
       两级页表的逻辑地址结构和两级页表的地址变换机构如下图所示。
       
       两级页表的地址变换机构
 

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