分页存储管理方式

离散分配：允许将一个进程分散地分配到许多不相邻接的分区中，高效利用分区空间，不必再进行紧凑的方式。

离散分配的三种方式

• 分页存储管理方式：将用户程序的地址空间按“页”或“块”进行分割（固定大小，如1kB），同样地，将内存空间也按“页”或“块”进行划分，这样便可以分散地将用户程序的任一页放入内存空间中
• 分段存储管理方式：将用户程序的地址空间分为若干个大小不同的段，每段都有一组相对完整的信息。
• 段页式存储管理方式：以上两种方式的结合，目前应用广泛。

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分页存储管理方式

1. 页面和物理块

• 页面：进程的逻辑地址分为若干个页，并给予编号（0,1）。内存的物理地址分为若干个块，同样也有编号（0#，1#）。一个物理块可以装入若干个逻辑页。
  • 页内碎片：由于最后一页经常填不满一个块所产生的不可利用的空间。

• 页面大小：
  • 太小：空间利用率高，但是会有很多页面，导致页表过长，页面换入换出频繁，占用大量内存。
  • 太大：空间利用率低，减少页面，缩短页表，提高换入换出速度，但是会增加页内碎片。
  • 大小的选择：大小应该是2的幂，通常为 2KB ~ 8 KB

2. 地址结构

3. 页表

• 解释：系统为进程创建一张页面映射表，可以将页号对应到物理块。
  

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地址变换机构

• 基本任务：完成逻辑地址到物理地址的转换。
  • 因为页内地址和物理块内的地址是一一对应的，所以实际上是将页转化为物理块号。借助于页表。
• 页表寄存器
  • 页表始址： 页表在内存中的起始位置
  • 页表长度： 页表的长度
• 变换过程：
  • 先将逻辑地址转化为页号 p 和页内地址 d。页号用来检索页表。
  • 如果 p 大于 页表长度，则发生越界中断
  • 否则得到物理块号 = 页表始址 + 页表长度 × 页号
  • 将物理块号放入物理地址寄存器，再将页内地址送入物理地址寄存器
  • 逻辑地址到物理地址的变换结束

• 具有快表的地址变换机构
  • 出现原因：基本地址变换机构是处理机的速度降低了 1/2（存取一个数据时要访问两次内存）
  • 快表：特殊的高速缓存寄存器，又叫“联想寄存器”
  • 变换过程
    • 先将页号p送入告诉缓存寄存器，如果缓存器中有与 $p$ 匹配的页号，则表示p的物理块号在快表中，直接得到物理快号。
    • 如果没有匹配的页号，则去内存中寻找页表。找到后将此页表号放入快表中。（需要找一个老的页号换掉）
    • 将物理块号放入物理寄存器中。
      

访问内存的有效时间

• 有效访问时间（ $EAT， Effective Access Time$）： 进程发出指定逻辑地址的请求，经过地址变换，到内存中获得实际物理地址单元的数据的时间。

假设一次访问内存的时间为 t, 命中率为a, 查找快表的时间为 lambda

• 基本的地址变换结构中的
  $EAT = t + t = 2t$
• 具有快表的地址变换结构中
  $EAT = a × \lambda + (t + \lambda )(1 -a ) + t = 2t + \lambda - t × a$

两级页表和多级页表

• 出现目的：解决页表占用内存太大的问题

• 方式

  • 采用离散分配方式（多级页表）。
  • 当需要某个页表时，再请求调入该页表。

• 两级页表
  

  • 外层页表：其页表项记录页表页面（页表）所在的物理块
  • 外层页内地址：页表的地址，最大地址在数值上表示一个外层页表可以记录的最大页表数
    

• 多级页表

反置页表

• 反置页表：为每一个物理块设置一个页表项，并将他们按物理块的编号排序