基本分页存储管理的基本概念

连续分配的缺点：

1.固定分区分配：缺乏灵活性，产生大量内部碎片，内存利用率很低

2.动态分区分配：产生很多外部碎片，可以用‘紧凑’技术处理，但代价很高

连续分配：为用户进程分配的必须是一个连续的内存空间。

非连续分配：为用户分配的是一些分散的内存空间。

基本分页存储管理思想：

把内存分为一个个相等的小分区，再按照分区大小把进程拆分成一个个小部分。

具体方法：

将内存空间分为一个个大小相等的分区，每个分区就是一个‘页框’，或称‘页帧’，‘内存块’，‘物理块‘。每个页框有页框号，从0开始。

将用户进程的地址空间也分为与页框大小相等的一个个区域，称为“页”或“页面”。每个页面也有一个编号，即“页号”，从0开始。（进程的最后一个页面可能没那么大，页框不能太大，防止产生过大的内部碎片）

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。页面不必连续存放，也不必按先后顺序来，可以放到不相邻的页框中。

如何实现地址转换：

1.算出逻辑地址对应的页号

2.知道页号在内存中的起始地址

3.算出逻辑地址在页面内的“偏移量”

4.物理地址=页面始址+页面偏移量

页号=逻辑地址/页面长度（取整数部分）

页内偏移量=逻辑地址%页面长度

1号页在内存中存放的起始位置450

逻辑地址结构：

如果让每个页面大小为2的整数幂，计算机可以很方便的得出一个逻辑地址对应的页号和页内偏移量。

地址结构包含两个部分：前一部分为页号，后一部分为页内偏移量。

如果有k位表示“页内偏移量”，则说明该系统一个页面的大小为2^k个存储单元

如果有k位表示“页号“，说明在该系统中，一个进程最多允许2^m个页面

页表：

为了能知道进程的每个页面在内存中存放的位置

1.一个进程对应一张页表

2.进程的每一页对应一个页表项

3.每个页表项由页号和块号组成

4.页表记录进程页面和实际内存块有对应关系

5.每个页表项的长度是相同的，但是长度是"隐含的"

基本地址变换机制：

页表寄存器：

基本地址变换机构可以借助进程的页表将逻辑地址转化为物理地址。

通常会在系统中设置一个页表寄存器，存放页表在内存中的起始地址F和页表长度M

进程未执行时，页表的始址和页表长度放在进程控制块（PCR）中，当进程被调度时，操作系统内核会把他们放到页表寄存器中。

注意：页面大小是2的整数幂

地址变换过程：

设页面大小为L，逻辑地址A到物理地址E的变换过程如下：

1.计算页号p和页内偏移量w

2.比较页号P和页表长度M，如果P>=M,则发生月结中断，否则继续执行

3.页表中页号P对应的页表项地址=页表起始地址F+页号*页表项长度，取出该页表项内容b，即为内存块号

4.计算E=b*L+w，就可以用得到的物理地址E去访存了。

两次访问内存：

第一次，查页表；第二次，访问内存

其他细节

在分页存储管理的系统中，只要确定了每个页面的大小，逻辑结构就确定了。因此，页式管理中地址是一维的

为了方便页表的查询，通常会让一个页表占更多的字节，使得每个页面恰好可以装下整个页表项。

具有快表的地址变换机构

局部性原理：

时间局部性：

如果执行了程序中某条指令，那么不久后这条指令有可能再次被执行；如果某个数据被访问过，不久之后有可能再次被访问

空间局部性：

一旦程序访问了某个存储单元，不久之后，其附近的存储单元页有可能被访问。因为很多数据在内存中是连续村存放的

快表：

又称联想寄存器（TLB），是一种访问速度比内存快很多的高速缓冲存储器，用来存放当前访问的若干页表项，以加速地址变换过程。内存中的页表常称为慢表。

引入快表后，地址变换过程：

1.cpu给出逻辑地址，由某个硬件算得页号，页内偏移量，将页号与快表中的所有页号进行比较

2.如果找到匹配的页号，说明要访问的页表项在快表中有副本，则直接从中取出该页的内存块号，再将内存块号与页内偏移量拼接成物理地址，最后访问该物理地址对应的内存单元。因此，若快表命中，则访问某个逻辑地址仅需一次访存即可。

3.如果没有找到匹配的页号，则需要访问内存的页表，找到对应页表项，得到页面存放的内存块号，再将内存块号和与页偏移量拼接成物理地址，最后，访问该物理地址对应的内存单元。因此，若快表未命中，需要访存两次。（注，找到页表项后，应同时将其放入快表，若快表已满，则根据一定的算法进行替换）

因为局部性原理，一般快表的命中率可以达到90%以上

两级页表

将长的页表分组，每个内存块刚好可以放入一个分组，为离散分配的页表再建立一张页表，称为页目录表。

如何实现地址变换：

1.按照地质结构将逻辑地址拆分成三部分

2.从PCB中读出页目录表始地址，再根据一级页号查页目录表，找到下一级页表在内存中存放的位置

3.根据二级页号查表，找到最终想访问的内存块号

4.结合页偏移量得到物理地址

若访问的页面不在内存中，则产生缺页中断（内中断），然后将目标页面从外存调入内存。

细节：

若采用多级页表机制，则各级页表的大小不能超过一个页面。

n级页表的访存次数为n+1。