【系统架构师修炼之道】（19）：操作系统基础知识——分页存储管理

定义

将一个进程直接分散到许多不相邻的分区中。

页面与页表

• 页面
  将一个进程的逻辑地址分成若干大小相同的片,并加以编号，从0开始，如第0页，第1页

• 块
  把内存空间分配成页面相同大小的若干存储块，并加以编号，如0#块，1#块

页面大小选择

分页系统中的页面其大小应适中。页面若太小，一方面虽然可使内存碎片减小，从而减少了内存碎片的总空间，有利于提高内存利用率，但另一方面也会使每个进程占用较多的页面，从而导致进程的页表过长，占用大量内存；此外，还会降低页面换进换出的效率。然而，如果选择的页面较大，虽然可以减少页表的长度，提高页面换进换出的速度，但却又会使页内碎片增大。因此，页面的大小应选择适中，且页面大小应是2的幂，通常为512 B～8 KB

页表

页号 = 相对地址 / 块尺寸

页内偏移 = 相对地址 % 块尺寸

地址变换

• 当进程运行时，系统将该进程 PCB 中页表起始地址及其长度送入页表起始地址寄存器（PB）和页表长度寄存器（Pl）

• 系统将 CPU 给出的逻辑地址由硬件中的地址映射机制自动分成两部分：页号 p 和页内地址 d

• 比较 p 和 Pl，若 p>= Pl，发生地址越界终端，否则进行地址映射

• 根据页表起始地址寄存器 Pb 和 p，找到也表中相应表项，即：找到页号 p 的物理块号 p'

• 将 p' 与 d 拼在一起形成内存物理地址

逻辑地址转换成物理地址

缺点

由于页表是存放在内存中的，这使CPU在每存取一个数据时，都要两次访问内存。第一次是访问内存中的页表，从中找到指定页的物理块号，再将块号与页内偏移量W拼接，以形成物理地址。第二次访问内存时，才是从第一次所得地址中获得所需数据(或向此地址中写入数据)。因此，采用这种方式将使计算机的处理速度降低近1/2。可见，以此高昂代价来换取存储器空间利用率的提高，是得不偿失的。

改良方案

• 当进程运行时，系统将该进程 PCB 中页表起始地址及其长度分别送入页表起始地址寄存器（Pb）和页表长度寄存器（Pl）

• 系统将 CPU 给出逻辑地址由硬件中的地址影射机制自动分成页号 p 和业内地址 d

• 比较 p 和 Pl，若 p >= Pl，则产生地址越界中断，否则进行地址映射，与此同时，用 p 去查找快表，若找到一项，则终止步骤 d，转入步骤 e

• 根据页表起始地址寄存器 Pb 和 p，找到页表中相应表项，即 p 的物理块号 p'

• 将 p' 和 d 放入块表中，若块表已满，则用淘汰算法，淘汰表中的一项。常用淘汰算法：先进先出（淘汰最先进入的）、访问位（淘汰访问次数最少的）

• 将 p' 和 d 拼在一起形成内存物理地址

硬件支持

硬件需要提供页表起始地址寄存器（Pb）和页表长度寄存器（Pl）
页表起始地址寄存器保存了正在运行进程页表的首地址
页表长度寄存器保存了正在运行进程页表的长度

分页存储的优缺点

优点

• 作业可不连续存放，解决了可变分区存储的外部碎片问题

• 有利于多道程序运行

缺点

• 存在内部碎片

• 页的划分没有考虑程序的逻辑结构，不利于共享

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作 者 : @mousycoder

原文出处 : http://mousycoder.com/2015/10/14/the-pragmatic-sa-19/

创作时间：2015-9-18

更新时间：2015-10-16