深入电脑运行原理之页式存储（Operating System四级内容）

开篇语

又到了星期二，我正在《汽车概论》课堂上写文章。昨天跟今天把计算机三级网络技术看到了25%，现在在打电话，所以先写会文章。待会等XXX到了图书馆，我就继续看视频了。

前面还有六篇类似的：
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hacker

正文

1、页式存储的原理

• 将用户的作业空间分成若干大小相同的区域，称之为页，从“0” 开始编号

• 相应的，将主存空间也分为与页大小一致的存储块。称之为物理块或者是页框* 程序逻辑地址由页号、页内地址组成

2、内存的分配与回收

（1） 采用的数据结构

• 主存分配表
• 位示图
• 页表

位示图就是给定许多小格子，代替块数，1代表被使用，0代表空闲，如果是一个64G的硬盘，每个块大小为4K 那么位示图的大小为（64*1024/0.4）/8 =2M 这个地方出题的可能性不大。

（2）内存回收

3、地址转换和快表

1、地址转换

地址转换

逻辑地址：CPU所生成的地址。CPU产生的逻辑地址被分为 :
p （页号） 它包含每个页在物理内存中的基址，用来作为页表的索引；
d （页偏移），同基址相结合，用来确定送入内存设备的物理内存地址。

物理地址：内存单元所看到的地址。逻辑地址空间为2^{m，且页大小为2}n，那么逻辑地址的高m－n位表示页号，低n位表示页偏移。

物理地址空间:与逻辑地址相对应的内存中所有物理地址的集合,用户程序看不见真正的物理地址。
注：用户只生成逻辑地址，且认为进程的地址空间为0到max。物理地址范围从R+0到R+max，R为基地址,地址映射－将程序地址空间中使用的逻辑地址变换成内存中的物理地址的过程。由内存管理单元（MMU）来完成。

2、页式管理的优缺点：

• 由于它不要求作业或进程的程序段和数据在内存中连续存放，从而有效地解决了碎片问题。

• 虽然消除了碎片，但每个作业或进程的最后一页内总有一部分空间得不到利用果页面较大，则这一部分的损失仍然较大。

3、快表

快表就是存放在高速缓冲存储器的部分页表。它起页表相同的作用。由于采用页表做地址转换，读写内存数据时CPU要访问两次主存。有了快表，有时只要访问一次高速缓冲存储器，一次主存，这样可加速查找并提高指令执行速度。CPU访问时，先访问快表，同时也访问页表，如果快表有返回结果，那么就进行接下来的动作，否则就如上地址转换。

双路进行的快表、页表查询

4、虚拟存储管理

根据程序执行的互斥性和局部性两个特点，我们允许作业装入的时候只装入一部分，另一部分放在磁盘上，当需要的时候再装入到主存，这样以来，在一个小的主存空间就可以运行一个比它大的作业。同时，用户编程的时候也摆脱了一定要编写小于主存容量的作业的限制。也就是说，用户的逻辑地址空间可以比主存的绝对地址空间要大。对用户来说，好像计算机系统具有一个容量很大的主存储器，称为“虚拟存储器”。虚拟存储管理的运行速度接近内存，成本却接近外存。

1、页式虚拟存储管理

页式虚拟存储管理就是上述页式管理和虚拟存储管理的结合体。对虚拟存储增加了请求调页功能，页面置换功能。对每个作业分配一定的块数（但是会小于作业过程需要的页数），运行的时候可以先装一部分的数据到内存中，需要的时候在调用其他的数据和程序。

2、采用的数据结构

• 主存分配表
• 位示图
• 页表

3、页面调度策略

（1）固定分配局部置换

（2）可变分配全局置换

（3）可变分配局部置换

固定是指分配的块数不可变，可变则反之。全局置换代表从内存选块位置，而局部是在作业占用的内存中选块。

4、页面置换算法

（1）先进先出置换算法（FIFO）
淘汰最先进去内存的页面

（2）最近最久未使用算法（LRU）
选择最近一段时间最久没有使用过的页，并予以淘汰

（3）最近最不常使用算法（LFU）
选择到当前时间，被访问次数最少的页面淘汰

（4）理想页面置换算法

（5）最近未使用页面置换

（6）第二次机会页面置换

（7）时钟页面置换

缺页中断率概念：缺页中断次数/页面访问次数

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【示例】

理想置换页面的算法实例

理想置换页面算法的缺页率由图可知：5/8

先进先出置换算法

先进先出置换页面算法的缺页率由图可知：6/8

PS：举两个例子 大家自己体会一下内容。就不做更多想详述了。

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5、段式存储管理

段式管理（segmentation），是指把一个程序分成若干个段（segment）进行存储，每个段都是一个逻辑实体（logical entity）。它的产生是与程序的模块化直接有关的。段式管理是通过段表进行的，它包括段号或段名、段起点、装入位、段的长度等。此外还需要主存占用区域表、主存可用区域表。
简单来说就是直接在地址空间（主存）上划分一段连续的区域，定义一组逻辑信息。整个作业分为多段，每一段由段号和段内地址来定位。

6、段页式存储管理

结合段式存储管理，页式存储管理，先进行分段，然后在每一段上进行分页。
这跟分区管理的区别在哪？

最直观的表示

结束语

预告：下一波可能是计算机三级网络技术的内容了，现在已经学到了一半的样子，再过几天就可以进入最让人激动地刷题环节。这次的考试可以说关系到我未来三年之内是不是还有书可以读，对我来说跟30%高考的含义差不很多，所以要加油啦！

这是某位很喜欢的歌曲，我也很喜欢，歌词写得让人都能感觉我江南烟雨的气息了。

作曲 : 我是爱音乐的徐梦圆
作词 : 温莨
——《采茶纪》
寒食过 云雨消
不夜侯正好
又是一年 采茶时节暖阳照
风追着 蝴蝶跑
谁家种红苕
木犁松土 地龙惊兮蚁出巢
翠盈盈 悠香飘
茶垄漫山绕
钻进田间 扯下笠帽 春眠要趁早
戴胜鸟 莫要吵
容我睡一觉
梦中人声声唤四宝
大黄别再咬
不准扯我小夹袄
否则把你送给村头小母猫
休怪我气恼
是你不停将我扰
愤愤睁眼发现竟是娘亲驾到
大事不太妙
撒腿就要开蹘
转身偏又撞见隔壁家婉桃
算了作罢了
英雄不怕虎豹
我怎能为藤条折腰
我娘说四宝你瞧瞧
田野间半山腰
农人多辛劳
年年又岁岁复年年
官茶重赋税高
终究在所难逃
对门胖哥赵家小雨对我笑
笑我半点不懂干活却只顾着求饶
婉桃素手轻翘 指间茶菁掉
——————————
大把柴 填坑灶
锅里水正烧
沸水腾腾 茶棚外雾气缭缭
抹板凳 擦桌角
只等客人到
捧一摞碗 小心翼翼不乱摇
茶小二 屋外叫
出来招呼好
老妇枯槁 单影无靠 进来歇歇脚
俊小哥 去赶考
多送你一勺
钱不要题字做抵消
远处乱糟糟
恶霸又来路边闹
上次吃白食上上次欺大嫂
这次先说好
付账还是打欠条
恶霸大喝 冲上来把我衣领薅
你个小兔羔
虎头上敢拔毛
爷不稀罕你这僻壤穷山坳
客官向后靠
好汉不畏佬佬
我四宝定让他求饶
大黄在身后发出低声吼叫
只等我吹响口哨
一瞬间如同宝剑出鞘
咬得他连连哀嚎四处奔逃
人生一路 总会遇到 拦路妖
纵天赋异禀也难以抵挡 世事难料
过茗园将一灵芽 收进荷包
傍晚店打烊我娘披起衣袍
在院中将新叶翻炒
一篮接着一篮倾倒
微火烘烤这玄味 羡煞春草
人就像茶 得受得了 高温熬
叶片从浮到沉由卷至舒 艰辛多少
采茶诗里一首歌 唱破春晓
【END】

考三四级的朋友们，high起来啊，还有不到两周就要开始怼了。潮水般的快感就要袭来，赶紧把自己往死里怼啊。爽到爆炸！另外@XNC二级C准备好了吗？

个人宣言

知识传递力量，技术无国界，文化改变生活！