分页存储管理与段式存储管理

简介: 分页存储管理与段式存储管理

分页存储:

页框和页面

将内存空间分为一个个大小相等的分区 (比如:每个分区4KB),每个分区就是一个“页框”(页框=页=内存块=物理块=物理页面)。每个页框有一个编号,即“页框号”(页框号=页帧号=内存块号=物理块号=物理页号),页框号从0开始。

分页存储:

页框和页面

将内存空间分为一个个大小相等的分区 (比如:每个分区4KB),每个分区就是一个“页框”(页框=页=内存块=物理块=物理页面)。每个页框有一个编号,即“页框号”(页框号=页帧号=内存块号=物理块号=物理页号),页框号从0开始。

操作系统以页框为单位为各个进程分配内存空间。进程的每个页面分别放入一个页框中。也就是说,进程的页面与内存的页框有一一对应的关系。(各个页面不必连续存放,可以放到不相邻的各个页框中)


页框指的是内存在物理上被划分为的一个一个块,页面指的是进程在逻辑上被划分的一个一个块


那么进程的页面是怎么记录这种与页框的一一对应的关系的呢?


页表

为了能知道进程的每个页面在内存中存放的位置,操作系统要为每个进程建立一张页表


注:页表通常存在PCB(进程控制块)中

页表的结构

每个页表项的大小:

内存块号的数量---->页表项中块号至少占多少字节

页框的大小=页面大小=4KB=212212B        4GB=232232字节


所以4GB的内存可被分为232232/212212=220220个内存块


内存块号的范围应该是0~220220-1,内存块号至少要用20bit表示,而计算机分配内存空间以字节为单位,所以至少要用3B来表示块号(3*8=24bit)


页号占的字节:


页表项连续存放,因此页号可以是隐含的,不占存储空间 (类比数组)

由于页号不占存储空间,只有块号占存储空间,所以存储0~n页则需要3*(n+1)B


注意:页表记录的只是内存块号,而不是内存块的起始地址,J号内存块的起始地址 =J* 内存块大小


页表不止有页号和块号,也有其他状态:


状态位:1表示在内存中,0表示不在内存中


访问位:1表示访问过,0表示最近未被访问


修改位:1表示内容被修改过,0表示内容未被修改


页面淘汰的依据:


①若访问位为0,就先淘汰,在访问位=1的情况下,由于时间局部性原理,这位有可能再次被访问。


②若多个访问位为0的情况下,则淘汰修改位为0的页面。


逻辑地址到物理地址的转换

进程在内存中连续存放时,操作系统是如何实现逻辑地址到物理地址的转换的?


物理地址是绝对的地址,而内存块只需要将其


逻辑地址(相对于起始位置的偏移量)+进程在内存中的起始地址


就能得到物理地址  

将进程地址空间分页之后,操作系统该如何实现逻辑地址到物理地址的转换?

虽然进程的各个页面是离散存放的,但是页面内部是连续存放的

如果要访问逻辑地址 A,则

①确定逻辑地址A对应的“页号”P


②找到P号页面在内存中的起始地址(需要页表)


③确定逻辑地址A的“页内偏移量”w


逻辑地址A对应的物理地址 =P号页面在内存中的起始地址+页内偏移量w


对于页面置换算法:


http://t.csdnimg.cn/pdVA1


如何确定一个逻辑地址对应的页号、页内偏移量?

注:在计算机内部,地址是用二进制表示的如果页面大小 刚好是 2 的整数幂,则计算机硬件可以很快速的把逻辑地址拆分成(页号,页内偏移量)

可以看到末尾的12为就是页内偏移量,而前面的20位就是页号

采用之前的公式验证一下:

页号 = 逻辑地址/页面长度(取除法的整数部分)

页内偏移量 = 逻辑地址%页面长度(取除法的余数部分)

分页存储管理的优缺点:

优点:利用率高,碎片小,分配及管理简单

缺点:增加了系统开销;可能产生抖动现象

抖动现象:当进程需要的页面无法放置在内存中,而需要从磁盘中加载时,会发生页面置换。频繁的页面置换会导致磁盘I/O操作增加,造成系统响应时间延迟,这就是抖动现象。

段式存储:

段式存储: 按用户作业中的自然段来划分逻辑空间,然后调入内存,段的长度可以不一样。


对于段表中的基址就是段的起始地址。

逻辑地址=段号+段内偏移量(段内偏移量不能超过段长,否则为非法段地址)

段式存储的优点和缺点:

优点:多道程序共享内存,各段程序修改互不影响

缺点:内存利用率低,内存碎片浪费大

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