【操作系统】——基本分页存储管理

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一、什么是分页存储

将内存分为一个个大小相等的分区， 这些分区称作为(页框、页帧、内存块、物理块、物理页面）若对分区进从编号，则又有了对应的（页框号、页帧号、内存块号、物理块号、物理页号），从0开始

进程的信息都是要存在内存中的，既然内存有了分区，那么进程逻辑地址空间上也会有相应的大小相等的分区，称为
（页、页面），对应编号为（页号、页面号），从0开始。

上面这么多名称着实是难记，但是我们只需要记住只有（页、页面）/（页号、页面号)是和进程相关的，其他的都是和内存相关的即可。

二、页表（存PCB中）

分页存储是一种不连续存储，进程的每个页在内存的页框存储不一定连续（页框间不一定连续，但是页框内部是连续的），那也就是说页号为0的页可能会存在0号页框也有可能存在100号页框中，那由页到页框的关系是如何被记录的呢？？

这就是页表的功能！！
为了知道进程每个页面在内存中的存储位置，操作系统会为每一个进程建立一张页表，页表反映的是页和页框的一一对应关系。

页表是由页号和页框号（即内存块号）组成的。

页表项就是指页表中的一行，包括一个页号和一个块号。页号一般是隐含的（pc+"1"实现)，而块号是由内存内被分为多少个页框决定的，在字节编址中，最大页框号所对应的字节数（字节数向上取整，不够一个字节数的，取够），即为页表项的大小。

页号和块号都是一个分区的顺序编号，并不代表着实际大小或者实际大小，比如：块号为2并不一定代表着起始地址就为2，若分区大小为1，则起始地址就是2，若分区大小为n，则起始地址为2*n

j号内存块的起始地址 = j * 内存块大小

三、如何实现地址转换

Q: 将进程地址空间分页后，操作系统该如何实现从逻辑地址到物理地址间的转换？？
A: 物理地址是指内存中的实际地址，逻辑地址是由页号和页内偏移量组成。

逻辑地址： 是程序编译后，生成的目标模块进行编址时都是从0号单元开始编址，称之为目标模块的相对地址，即为逻辑地址。

	1、给出逻辑地址，可由页号在页表中寻找对应的页表项，由页表项找到块号（内存块号），经过公式换算即可得到当前块号所对分区的 起始地址。
	（逻辑地址——页号——页表项——块号——块起始地址）
	2、由逻辑地址可以得到页内偏移量（同时也是块内偏移量，这是因为页和内存块大小相等）
	（逻辑地址——页内偏移量——“块内偏移量”
	3、物理地址由块的起始地址加上“块内偏移量”组成

内存被分为大小相等的各个页框，某个逻辑地址就对应某个页框内的某个地址，
逻辑地址除以页框大小——》

1. 整数部分

   整数部分表示该逻辑地址所在的块号（若以逻辑地址大小为总空间，则表示在总空间内一共可以容纳多少个相应大小的页框）

2. 余数部分

   余数部分表示逻辑地址在对应块内的偏移量（若以逻辑地址大小为总空间，则逻辑地址除以页框大小表示，整数是总空间内可容纳多少个页框，余数部分表示在不够容纳一个页框的部分中，最多能容纳多少，就好像你）
   

在计算机中采用的是二进制记录数据，若页面大小的二进制表示刚好是2的整数次幂，则计算机可以直接区分出页号和块号。

在二进制中，一般情况下都符合：逻辑地址等于块号和页内偏移量的拼接

四、基本地址变换机构

进程未执行的时候页表的始址和页表长度都是存放在PCB中的，当进程被调度时操作系统会将它放到页表寄存器中（PTR）。

页表寄存器记录了页表始址和页表长度！

1. 进程被调度，操作系统内核将系统区PCB中的页表始址和页表长度放置在页表寄存器中
2. 由逻辑地址分出页号和页内偏移量
3. 将页号和页表长度对比，页号是页面的编号（从0开始），页表长度是指页表项的个数、页面的个数。页号>=页表长度，则非法，反之，执行下一步
4. 由页号和页表始址可以计算出页表项的地址，之后可访问页表项，页表项中的内容是块号，最终可读取块号。
5. 从页表项中读出得块号，再和逻辑地址的页内偏移量组合在一起就得到了物理地址

五、具有快表的地址变换机构

快表，又称联想寄存器（TLB），是一种高速缓存，用来存放最近访问的页表项副本，注意快表不是内存，快表中页表项是内存中部分页表项的副本，内存中的页表又称慢表。

1. 进程被调度，操作系统内核将系统区PCB中的页表始址和页表长度放置在页表寄存器中
2. 由逻辑地址分出页号和页内偏移量
3. 将页号和页表长度对比，页号是页面的编号（从0开始），页表长度是指页表项的个数、页面的个数。页号>=页表长度，则非法，反之，执行下一步
4. 对快表中的页表项进行逐一核对，看看是否匹配，是否命中，若命中，则进行第6步，若不命中，则执行第5步。
5. 由页号和页表始址可以计算出页表项的地址，之后可访问页表项，页表项中的内容是块号，最终可读取块号。
6. 从页表项中读出得块号，再和逻辑地址的页内偏移量组合在一起就得到了物理地址

若快表命中，则一次访存，反之，两次！