存儲器管理傳第1頁，共45頁，2023年，2月20日，星期一2023/4/28地址結(jié)構(gòu)

用戶程序的劃分是由系統(tǒng)自動完成的，對用戶是透明的。一般，一頁的大小為2的整數(shù)次冪，因此，地址的高位部分為頁號，低位部分為頁內(nèi)地址頁號頁內(nèi)地址0111231頁號P頁內(nèi)位移量W編號0~1048575相對地址0~40952023/4/28第2頁，共45頁，2023年，2月20日，星期一

頁表將頁號和頁內(nèi)地址轉(zhuǎn)換成內(nèi)存地址，必須要有一個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，用來登記頁號和塊的對應(yīng)關(guān)系和有關(guān)信息。這樣的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)稱為頁表。頁表的作用就是實(shí)現(xiàn)從頁號到物理塊號的地址映射。2023/4/28第3頁，共45頁，2023年，2月20日，星期一地址變換過程

2023/4/28第4頁，共45頁，2023年，2月20日，星期一計(jì)算時要注意：若給出的地址字為16進(jìn)制，則將其轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制，然后，根據(jù)頁長及程序地址字的長度，分別取出程序地址字的高幾位和低幾位就得到頁號及頁內(nèi)地址。如頁長為2K，程序地址字為16位，則高5位為頁號，低11位為頁內(nèi)地址。2023/4/28第5頁，共45頁，2023年，2月20日，星期一若給出的地址字為10進(jìn)制，則用公式： 程序地址字/頁長商為頁號，余數(shù)為頁內(nèi)地址。如程序地址為8457，

頁長為4KB，則8457/4096可得：商為2，余數(shù)為256。2023/4/28第6頁，共45頁，2023年，2月20日，星期一分頁存儲管理中的信息保護(hù)分頁存儲管理中的存儲信息保護(hù)從兩個方面來實(shí)現(xiàn)。一、在分離程序地址字的頁號和頁內(nèi)地址時判別訪問是否合法，若產(chǎn)生的頁號滿足下式為合法：

0<=頁號<程序地址空間的頁數(shù) 上述判斷由硬件自動做，若不合法，硬件產(chǎn)生越界中斷，由操作系統(tǒng)的越界中斷處理程序進(jìn)行處理。2023/4/28第7頁，共45頁，2023年，2月20日，星期一二、在頁表中增加用于存取控制和存儲保護(hù)的信息，當(dāng)要訪問某頁時系統(tǒng)要根據(jù)該頁的存取控制和存儲保護(hù)信息檢查訪問是否合法。（主要用來判斷訪問是否越權(quán)）

2023/4/28第8頁，共45頁，2023年，2月20日，星期一2、快表和聯(lián)想存儲器在前述的頁地址變換過程中有一個嚴(yán)重的問題，那就是每一次對內(nèi)存的訪問都要訪問頁表，頁表是放在內(nèi)存中的，也就是說每一次訪問內(nèi)存的指令至少要訪問兩次內(nèi)存，運(yùn)行速度要下降一半。第一次訪問內(nèi)存中的頁表，從中找到指定頁的物理塊號，再將塊號與頁內(nèi)偏移量W拼接，形成物理地址第二次訪問內(nèi)存時，才是從第一次所得地址中獲得所需數(shù)據(jù)（獲向此地址中寫入數(shù)據(jù)）2023/4/28第9頁，共45頁，2023年，2月20日，星期一解決這個問題的一種方法是把頁表放在一組快速存儲器中（Cache），從而加快訪問內(nèi)存的速度。我們把這種快速存儲器組成的頁表稱為快表，把存放在內(nèi)存中的頁表稱為慢表?？毂碛纸新?lián)想存儲器（associativememory）或TLB（Translationlookasidebuffers）用以存放當(dāng)前訪問的那些頁表項(xiàng)2023/4/28第10頁，共45頁，2023年，2月20日，星期一地址變換過程：在CPU給出有效地址后，由地址變換機(jī)構(gòu)自動將頁號P送入高速緩沖寄存器，并將此頁號與高速緩存中的所有頁號進(jìn)行比較，若其中有與此相匹配的頁號，便表示所要訪問的頁表項(xiàng)在快表中，可直接從快表中讀出該頁所對應(yīng)的物理塊號，并送到物理地址寄存器中如果未找到對應(yīng)的頁表項(xiàng)，則還須再訪問內(nèi)存中的頁表，找到后，把從頁表項(xiàng)中讀出的物理塊號送地址寄存器；同時將此頁表項(xiàng)存入快表的一個寄存器單元中。如果聯(lián)想寄存器已滿，則OS必須找到一個老的且已被認(rèn)為不再需要的頁表項(xiàng)，將它換出。2023/4/28第11頁，共45頁，2023年，2月20日，星期一p’頁表地址越界

L比較P>=Lpp’...快表

b+頁號p

頁內(nèi)地址dP’d物理地址頁表地址寄存器頁表長度寄存器邏輯地址有快表的地址映射2023/4/28第12頁，共45頁，2023年，2月20日，星期一4.3.3兩級頁表和多級頁表當(dāng)頁表項(xiàng)很多時，僅采用一級頁表需要大片連續(xù)空間，可將頁表也分頁，并對頁表所占的空間進(jìn)行索引形成外層頁表。由此構(gòu)成二級頁表。更進(jìn)一步可形成多級頁表。

2023/4/28第13頁，共45頁，2023年，2月20日，星期一二級頁表結(jié)構(gòu)及地址映射邏輯地址結(jié)構(gòu)可描述如下：

2023/4/28第14頁，共45頁，2023年，2月20日，星期一二級頁表結(jié)構(gòu)及地址映射2023/4/28第15頁，共45頁，2023年，2月20日，星期一具有兩級頁表的地址變換機(jī)構(gòu)2023/4/28第16頁，共45頁，2023年，2月20日，星期一頁式存儲管理方案小結(jié)某計(jì)算機(jī)采用二級頁表的分頁存儲管理方式，按字節(jié)編制，頁大小為210字節(jié)，頁表項(xiàng)大小為2字節(jié)，邏輯地址結(jié)構(gòu)為邏輯地址空間大小為216頁，則表示整個邏輯地址空間的頁目錄表中包含表項(xiàng)的個數(shù)至少是（）A、64 B、128 C、256 D、512頁目錄號頁號頁內(nèi)偏移量2023/4/28第17頁，共45頁，2023年，2月20日，星期一邏輯地址轉(zhuǎn)物理地址：101734250塊號頁號10010111000000101001011100000100頁表首址+09程序地址0A5C物理地址為：125C2023/4/28第18頁，共45頁，2023年，2月20日，星期一在分頁存儲管理系統(tǒng)中，有一作業(yè)大小為4頁，頁長為2K，頁表如下：試借助地址變換圖（即要求畫出地址變換圖）求出邏輯地址4635所對應(yīng)的物理地址。頁號塊號051327362023/4/28第19頁，共45頁，2023年，2月20日，星期一31637250塊號頁號01000011011000100100001101100111頁表首址+010物理地址為：148752023/4/28第20頁，共45頁，2023年，2月20日，星期一 有一頁式系統(tǒng)，其頁表存放在主存中。(1) 如果對主存的一次存取要3us，問實(shí)現(xiàn)一次頁面訪問要多長時間。(2) 如系統(tǒng)有快表，平均命中率為97%，假設(shè)訪問快表的時間忽略為0，問此時一次頁面訪問要多長時間。2023/4/28第21頁，共45頁，2023年，2月20日，星期一1、2*3=6us2、0.97*3+0.03*6=3.09us2023/4/28第22頁，共45頁，2023年，2月20日，星期一頁式存儲管理方案小結(jié)優(yōu)點(diǎn)：解決了碎片問題便于管理

可以使程序和數(shù)據(jù)存放在不連續(xù)的主存空間缺點(diǎn)：不易實(shí)現(xiàn)共享不便于動態(tài)連接 頁表都有可能占用較大的存儲空間。 要求有相應(yīng)的硬件支持，從而增加了系統(tǒng)成本，也增加了系統(tǒng)開銷2023/4/28第23頁，共45頁，2023年，2月20日，星期一4.5分段存儲管理

4.5.1分段存儲管理方式的引入

4.5.2分段系統(tǒng)的基本原理

4.5.3信息共享4.5.4段頁式存儲管理方式2023/4/28第24頁，共45頁，2023年，2月20日，星期一4.5.1分段存儲管理方式的引入

引入：主要是為了滿足用戶和程序員的需要方便用戶：用戶希望邏輯分段信息共享信息保護(hù)動態(tài)增長動態(tài)連接2023/4/28第25頁，共45頁，2023年，2月20日，星期一4.5.2分段系統(tǒng)基本原理1、分段用戶程序劃分按程序自身的邏輯關(guān)系劃分為若干個程序段，每個程序段都有一個段名，且有一個段號。段號從0開始，每一段段內(nèi)也從0開始編址，段內(nèi)地址是連續(xù)的。段的長度由相應(yīng)的邏輯信息組的長度決定，因而各段長度不等。邏輯地址：由段號和段內(nèi)地址組成段號段內(nèi)地址2023/4/28第26頁，共45頁，2023年，2月20日，星期一...0S工作區(qū)段[B]主程序段[M]......0EP子程序段[X]0K...CALL[X][E].........CALL[Y][F]CALL[A]116......0FL子程序段[Y]0116N數(shù)組[A]12345...2023/4/28第27頁，共45頁，2023年，2月20日，星期一內(nèi)存劃分內(nèi)存空間被動態(tài)的劃分為若干個長度不相同的區(qū)域，稱為物理段，每個物理段由起始地址和長度確定內(nèi)存分配以段為單位分配內(nèi)存，每一個段在內(nèi)存中占據(jù)連續(xù)空間（內(nèi)存隨機(jī)分割，需要多少分配多少），但各段之間可以不連續(xù)存放2023/4/28第28頁，共45頁，2023年，2月20日，星期一操作系統(tǒng).....B0SA0NY0LX0PM0K邏輯段號01234作業(yè)1的地址空間10003200500060008000PKSLN主存K3200P1500L6000N8000S5000段號段地址01234操作系統(tǒng)2023/4/28第29頁，共45頁，2023年，2月20日，星期一2、段表段映射表。每個程序有一個段表程序的每個段在表中占有一個表項(xiàng)，其中記錄了該段在內(nèi)存中的起始地址和段的長度?？煞旁趦?nèi)存中，也可放在寄存器中。段表是用于實(shí)現(xiàn)從邏輯段到物理內(nèi)存區(qū)的映射。

段號012段首址段長度58K20K100K110K260K140K2023/4/28第30頁，共45頁，2023年，2月20日，星期一3、地址變換機(jī)構(gòu)段地址映射過程為：系統(tǒng)中設(shè)置了段表寄存器，用于存放段表始址和段表長度TL。取出段號S和段內(nèi)位移W。若S>TL，段號太大—越界。根據(jù)段表始址找到段表，查找段號為S的表目，得到該段在內(nèi)存的起始地址。檢查段內(nèi)地址d是否起過該段的段長SL。若超過越界。把段首地址與段內(nèi)位移相加，形成內(nèi)存物理地址。2023/4/28第31頁，共45頁，2023年，2月20日，星期一3、地址變換機(jī)構(gòu)2023/4/28第32頁，共45頁，2023年，2月20日，星期一同頁地址變換一樣，在段地址變換過程中，也有兩次訪問內(nèi)存的問題。為了加快訪問內(nèi)存的速度也可采用快速存儲器組成快表。2023/4/28第33頁，共45頁，2023年，2月20日，星期一

Cl

Cb+段號S段內(nèi)地址d比較比較b

+d段表S>=Cl快表物理地址段表始址寄存器段表長度寄存器邏輯地址Lb...SLb地址越界d>=Ld>=L地址映射及存儲保護(hù)機(jī)制地址越界地址越界比較2023/4/28第34頁，共45頁，2023年，2月20日，星期一4、分頁與分段的主要區(qū)別兩者都采用離散分配方式，且都要通過地址變換機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)地址變換。分段與分頁主要有以下差別：頁是信息的物理單位，分頁是為實(shí)現(xiàn)離散分配方式，以消減內(nèi)存的外零頭，提高內(nèi)存的利用率?；蛘哒f，分頁僅僅是由于系統(tǒng)管理的需要而不是用戶的需要。段則是信息的邏輯單位，它含有一組其意義相對完整的信息。分段的目的是為了能更好地滿足用戶的需要。2023/4/28第35頁，共45頁，2023年，2月20日，星期一4、分頁與分段的主要區(qū)別頁的大小固定且由系統(tǒng)決定，由系統(tǒng)把邏輯地址劃分為頁號和頁內(nèi)地址兩部分，是由機(jī)器硬件實(shí)現(xiàn)的，因而在系統(tǒng)中只能有一種大小的頁面；而段的長度卻不固定，決定于用戶所編寫的程序，通常由編譯程序在對源程序進(jìn)行編譯時，根據(jù)信息的性質(zhì)來劃分。分頁的作業(yè)地址空間是一維的，即單一的線性地址空間，程序員只需利用一個記憶符，即可表示一個地址；而分段的作業(yè)地址空間則是二維的，程序員在標(biāo)識一個地址時，既需給出段名，又需給出段內(nèi)地址。

2023/4/28第36頁，共45頁，2023年，2月20日，星期一段式存儲管理方案小結(jié)優(yōu)點(diǎn)：便于動態(tài)申請內(nèi)存管理和使用統(tǒng)一化便于共享便于動態(tài)鏈接缺點(diǎn)：產(chǎn)生碎片2023/4/28第37頁，共45頁，2023年，2月20日，星期一練習(xí)基本分段系統(tǒng)中，給出如下段表，請求出邏輯地址（0,137）,(1,4000),(2,3600),(5,230)轉(zhuǎn)換成物理地址。段號內(nèi)存始址段長050k10k160k3k270k5k3120k8k4150k4k2023/4/28第38頁，共45頁，2023年，2月20日，星期一4.5.4段頁式存儲管理方式產(chǎn)生背景:

結(jié)合頁式段式優(yōu)點(diǎn)，克服二者的缺點(diǎn)基本原理地址變換過程2023/4/28第39頁，共45頁，2023年，2月20日，星期一基本原理用戶程序劃分 按段式劃分（對用戶來講，按段的邏輯關(guān)系進(jìn)行劃分；對系統(tǒng)講，按頁劃分每一段）邏輯地址內(nèi)存劃分 按頁式存儲管理方案內(nèi)存分配 以頁為單