文章目錄

• • • 1 基本分頁存儲管理
    • • 1.1 什么是分頁存儲
      • 1.2 重要的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)——頁表
      • 1.3 基本地址變換機(jī)構(gòu)
      • 1.4 具有快表的地址變換機(jī)構(gòu)
      • • 1.4.1 什么是快表（TLB）
        • 1.4.2 引入快表后，地址的變換過程
        • 1.4.3 地址變換過程小結(jié)
      • 1.5 兩級頁表
      • • 1.5.1 單級頁表存在的問題，為啥引入兩極頁表
        • 1.5.2 兩級頁表的原理、地址結(jié)構(gòu)
        • 1.5.3 二級頁表如何實現(xiàn)地址變換
        • 1.5.4 二級頁表小結(jié)
    • 2 基本分段存儲管理方式
    • • 2.1 分段
      • 2.2 段表
      • 2.3 地址變換
      • 2.4 分段、分頁管理的對比
      • 2.5 分段存儲管理小結(jié)
    • 3 段頁式存儲管理
    • • 3.1 分頁、分段優(yōu)缺點分析
      • 3.2 分段+分頁=段頁式管理
      • 3.3 段頁式管理的邏輯地址結(jié)構(gòu)
      • 3.4 段表、頁表
      • 3.5 段頁式管理地址變換過程
      • 3.6 段頁式管理小結(jié)

1 基本分頁存儲管理

連續(xù)分配：為用戶進(jìn)程分配的必須是一個連續(xù)的內(nèi)存空間。
非連續(xù)分配：為用戶進(jìn)程分配的可以是一些分散的內(nèi)存空間。

1.1 什么是分頁存儲

將內(nèi)存空間分為一個個大小相等的分區(qū)（比如：每個分區(qū)4KB），每個分區(qū)就是一個“頁框”（頁框=頁幀=內(nèi)存塊=物理塊=物理頁面）。每個頁框有一個編號，即“頁框號”（頁框號=頁幀號=內(nèi)存塊號=物理塊號=物理頁號），頁框號從 0 開始 。

將進(jìn)程的邏輯地址空間也分為與頁框大小相等的一個個部分， 每個部分稱為一個“頁”或“頁面” 。每個頁面也有一個編號， 即“頁號”，頁號也是從 0 開始 。

操作系統(tǒng)以頁框為單位為各個進(jìn)程分配內(nèi)存空間。進(jìn)程的每個頁面分別放入一個頁框中。也就是說，進(jìn)程的頁面與內(nèi)存的頁框有一一對應(yīng)的關(guān)系。 各個頁面不必連續(xù)存放，可以放到不相鄰的各個頁框中。
（注意：進(jìn)程的最后一個頁面可能沒有一個頁框那么大。也就是說，分頁存儲有可能產(chǎn)生內(nèi)部碎片，因此頁框不能太大，否則可能產(chǎn)生過大的內(nèi)部碎片造成浪費）

1.2 重要的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)——頁表

為了能知道進(jìn)程的每個頁面在內(nèi)存中存放的位置，操作系統(tǒng)要為每個進(jìn)程建立一張頁表。

注：頁表通常存在PCB（進(jìn)程控制塊）中

一個進(jìn)程對應(yīng)一張頁表

進(jìn)程的每個頁面對應(yīng)一個頁表項

每個頁表項由“頁號”和“塊號”組成

頁表記錄進(jìn)程頁面和實際存放的內(nèi)存塊之間的映射關(guān)系

每個頁表項的長度是相同的

核心問題：

每個頁表項多大？占幾個字節(jié)？

如何通過頁表實現(xiàn)邏輯地址到物理地址的轉(zhuǎn)換？

已知計算機(jī)中內(nèi)存塊的數(shù)量→頁表項中塊號至少占多少字節(jié)？

假設(shè)某系統(tǒng)物理內(nèi)存大小為4GB，頁面大小為4KB，則每個頁表項至少應(yīng)該為多少字節(jié)？

內(nèi)存塊大小=頁面大小=4KB=2¹² B

4GB的內(nèi)存總共會被分為 2³²/2¹² =2²⁰個內(nèi)存塊

內(nèi)存塊號的范圍應(yīng)該是0~ 2²⁰-1

內(nèi)存塊號至少要用20bit來表示 →至少要用3B來表示塊號（3*8=24bit）

頁表項連續(xù)存放，因此頁號可以是隱含的，不占存儲空間（類比數(shù)組）

引出問題：假設(shè)頁表中的各頁表項從內(nèi)存地址為X的地方開始連續(xù)存放…
如何找到頁號為i的頁表項？
i號頁表項的存放地址=X+3*I因此，頁表中的頁號可以是隱含的，即頁號不占用存儲空間

假設(shè)某系統(tǒng)物理內(nèi)存大小為4GB，頁面大小為4KB，則每個頁表項至少應(yīng)該為多少字節(jié)？

內(nèi)存塊大小=頁面大小=4KB=2¹² B

4GB的內(nèi)存總共會被分為 2³²/2¹² =2²⁰個內(nèi)存塊

內(nèi)存塊號的范圍應(yīng)該是0~ 2²⁰-1

內(nèi)存塊號至少要用20bit來表示 →至少要用3B來表示塊號（3*8=24bit）

由于頁號是隱含的，因此每個頁表項占3B，存儲整個頁表至少需要3*(n+1)B

如何實現(xiàn)地址的轉(zhuǎn)換

進(jìn)程在內(nèi)存中連續(xù)存放時 ， 操作系統(tǒng)是如何實現(xiàn)邏輯地址到物理地址的轉(zhuǎn)換的？
過程如下：

思考：將進(jìn)程地址空間分頁之后 ，操作系統(tǒng)該如何實現(xiàn)邏輯地址到物理地址的轉(zhuǎn)換 ？

特點：雖然進(jìn)程的各個頁面是離散存放的，但是頁面內(nèi)部是連續(xù)存放的

如果要訪問邏輯地址A，則 ：

確定邏輯地址A對應(yīng)的“頁號”P

找到P號頁面在內(nèi)存中的起始地址（需要查頁表）

確定邏輯地址A的“頁內(nèi)偏移量”W
邏輯地址A對應(yīng)的物理地址=P號頁面在內(nèi)存中的起始地址+頁內(nèi)偏移量W

子問題：如何確定一個邏輯地址對應(yīng)的頁號、頁內(nèi)偏移量？

Eg：在某計算機(jī)系統(tǒng)中，頁面大小是50B。某進(jìn)程邏輯地址空間大小為200B，則邏輯地址110對應(yīng)的頁號、頁內(nèi)偏移量是多少？

如何計算：
頁號=邏輯地址/頁面長度 （取除法的整數(shù)部分）
頁內(nèi)偏移量=邏輯地址%頁面長度（取除法的余數(shù)部分）

本例中頁號=110/50=2
頁內(nèi)偏移量=110%50=10

邏輯地址可以拆分為（頁號，頁內(nèi)偏移量）
通過頁號查詢頁表，可知頁面在內(nèi)存中的起始地址
頁面在內(nèi)存中的起始地址+頁內(nèi)偏移量=實際的物理地址

邏輯地址→物理地址，二進(jìn)制轉(zhuǎn)化

在計算機(jī)內(nèi)部，地址是用二進(jìn)制表示的， 如果頁面大小剛好是2的整數(shù)冪，則計算機(jī)硬件可以很快速的把邏輯地址拆分成（頁號，頁內(nèi)偏移量）

假設(shè)某計算機(jī)用32個二進(jìn)制位表示邏輯地址，頁面大小為4KB =2¹² B=4096B

0號頁的邏輯地址范圍應(yīng)該是0-4595，用二進(jìn)制表示應(yīng)該是： 00000000000000000000000000000000~00000000000000000000111111111111

1號頁的邏輯地址范圍應(yīng)該是4096~8191，用二進(jìn)制表示應(yīng)該是： 00000000000000000001000000000000~00000000000000000001111111111111

2號頁的邏輯地址范圍應(yīng)該是8192~12287，用二進(jìn)制表示應(yīng)該是： 00000000000000000010000000000000~00000000000000000010111111111111

Eg：邏輯地址2，用二進(jìn)制表示應(yīng)該是00000000000000000000000000000010
頁號=2/4096=0=00000000000000000000
頁內(nèi)偏移量=2%4096=2=000000000010

Eg：邏輯地址4097，用二進(jìn)制表示應(yīng)該是00000000000000000001000000000001
頁號=4097/4096=1=00000000000000000001
頁內(nèi)偏移量=4097%4096=1=000000000001

如果每個頁面大小為2^KB，用二進(jìn)制數(shù)表示邏輯地址， 則末尾K位即為頁內(nèi)偏移量，其余部分就是頁號

假設(shè)物理地址也用32個二進(jìn)制位表示，則由于內(nèi)存塊的大小=頁面大小，因此：

0號內(nèi)存塊的起始物理地址是00000000000000000000000000000000

1號內(nèi)存塊的起始物理地址是00000000000000000001000000000000

2號內(nèi)存塊的起始物理地址是00000000000000000010000000000000

3號內(nèi)存塊的起始物理地址是00000000000000000011000000000000

根據(jù)頁號可以查詢頁表，而頁表中記錄的只是內(nèi)存塊號，而不是內(nèi)存塊的起始地址！
起始地址計算： J號內(nèi)存塊的起始地址=J*內(nèi)存塊大小

假設(shè)通過查詢頁表得知1號頁面存放的內(nèi)存塊號是9（1001），
則9號內(nèi)存塊的起始地址=9X4096=00000000000000001001000000000000
則邏輯地址4097對應(yīng)的物理地址=頁面在內(nèi)存中存放的起始地址+頁內(nèi)偏移量 =（00000000000000000011000000000001）

結(jié)論：如果頁面大小剛好是2 的整數(shù)冪，則只需把頁表中記錄的物理塊號拼接上頁內(nèi)偏移量就能得到對應(yīng)的物理地址

1.3 基本地址變換機(jī)構(gòu)

基本地址變換機(jī)構(gòu)可以借助進(jìn)程的頁表將邏輯地址轉(zhuǎn)換為物理地址。

通常會在系統(tǒng)中設(shè)置一個頁表寄存器（PTR），存放頁表在內(nèi)存中的起始地址F和頁表長度M。

進(jìn)程未執(zhí)行時，頁表的始址和頁表長度放在進(jìn)程控制塊（PCB）中，當(dāng)進(jìn)程被調(diào)度時，操作系統(tǒng)內(nèi)核會把它們放到頁表寄存器中。

注意：頁面大小是2的整數(shù)冪

設(shè)頁面大小為L，邏輯地址A到物理地址E的變換過程如下：

變換過程說明：

計算頁號P和頁內(nèi)偏移量W（十進(jìn)制手算：P=A/L，W=A%L；但是在計算機(jī)實際運行時，邏輯地址結(jié)構(gòu)固定不變，因此計算機(jī)硬件可以更快地得到二進(jìn)制表示的頁號、頁內(nèi)偏移量）

比較頁號P和頁表長度M，若P>=M，則產(chǎn)生越界中斷，否則繼續(xù)執(zhí)行
（注意：頁號從0開始，而頁表長度至少是1，因此P=M時也會越界）

頁表中頁號P對應(yīng)的頁表項地址=頁表起始地址F+頁號P*頁表項長度，取出改頁表項內(nèi)容b，即為內(nèi)存塊號。
注意區(qū)分頁表項長度、頁表長度、頁面大小的區(qū)別、頁表長度指的是這個頁表中總共有幾個頁表項，即總共有幾個頁；頁表項長度指的是每個頁表項占多大存儲空間；頁面大小指的是一個頁面占多大的存儲空間

計算E=b*L+W，用得到的物理地址E去訪存。（如果內(nèi)存塊號、頁面偏移量是用二進(jìn)制表示的，那么把二者拼接起來就是最終的物理地址了）

例：若頁面大小L為1K字節(jié)，頁號2對應(yīng)的內(nèi)存塊號b=8，將邏輯地址A=2500轉(zhuǎn)換為物理地址E。

題目等價描述：某系統(tǒng)按字節(jié)尋址，邏輯地址結(jié)構(gòu)中，頁內(nèi)偏移量占10位，頁號2對應(yīng)的內(nèi)存塊號b=8，將邏輯地址A=2500轉(zhuǎn)換為物理地址E。
頁內(nèi)偏移量占10位，說明一個頁面的大小L為2¹⁰B=1KB

計算頁號、頁內(nèi)偏移量
頁號P=A/L=2500/1024=2；頁內(nèi)偏移量W=A%L=2500%1024=452

根據(jù)題中條件可知，頁號2沒有越界，其存放的內(nèi)存塊號b=8

物理地址E=b*L+W=8X1024+452=8644

在分頁存儲管理（頁式管理）的系統(tǒng)中，只要確定了每個頁面的大小，邏輯地址結(jié)構(gòu)就確定了。因此，頁式管理中地址是一維的。即只要給出一個邏輯地址，系統(tǒng)就可以自動地算出頁號、頁內(nèi)偏移量兩個部分，并不需要顯式地告訴系統(tǒng)這個邏輯地址中，頁內(nèi)偏移量占多少位。

1.4 具有快表的地址變換機(jī)構(gòu)

快表的地址變換機(jī)構(gòu)：是基本地址變換機(jī)構(gòu)的改進(jìn)版本

1.4.1 什么是快表（TLB）

快表，又稱聯(lián)想寄存器（TLB，translation lookaside buffer ），是一種訪問速度比內(nèi)存快很多的高速緩存（TLB不是內(nèi)存！），用來存放近訪問的頁表項的副本，可以加速地址變換的速度。 與此對應(yīng)，內(nèi)存中的頁表常稱為慢表。

1.4.2 引入快表后，地址的變換過程

CPU給出邏輯地址，由某個硬件算得頁號、頁內(nèi)偏移量，將頁號與快表中的所有頁號進(jìn)行比較。

如果找到匹配的頁號，說明要訪問的頁表項在快表中有副本，則直接從中取出該頁對應(yīng)的內(nèi)存塊號，再將內(nèi)存塊號與頁內(nèi)偏移量拼接形成物理地址，然后訪問該物理地址對應(yīng)的內(nèi)存單元。因此， 若快表命中，則訪問某個邏輯地址僅需一次訪問內(nèi)存即可。

如果沒有找到匹配的頁號，則需要訪問內(nèi)存中的頁表，找到對應(yīng)頁表項，得到頁面存放的內(nèi)存塊號，再將內(nèi)存塊號與頁內(nèi)偏移量拼接形成物理地址，然后訪問該物理地址對應(yīng)的內(nèi)存單元。因此， 若快表未命中，則訪問某個邏輯地址需要兩次訪存
（注意：在找到頁表項后，應(yīng)同時將其存入快表， 以便后面可能的再次訪問。但若快表已滿，則必須按照一定的算法對舊的頁表項進(jìn)行替換）

由于查詢快表的速度比查詢頁表的速度快很多，因此只要快表命中，就可以節(jié)省很多時間。 因為局部性原理，一般來說快表的命中率可以達(dá)到90%以上。

• 例：某系統(tǒng)使用基本分頁存儲管理，并采用了具有快表的地址變換機(jī)構(gòu)。訪問一次快表耗時1us，訪問一次內(nèi)存耗時100us。若快表的命中率為90%，那么訪問一個邏輯地址的平均耗時是多少？

(1+100)* 0.9+(1+100+100)* 0.1=111us

說明：

(1+100)* 0.9 訪問邏輯地址，首先優(yōu)先根據(jù)頁號查詢快表，耗時1us，若快表命中，就可以得到邏輯地址對應(yīng)的最終的物理地址，再訪問一次內(nèi)存，就是訪問我們最終要訪問的物理單元，所以命中耗時101us；

若快表未命中，需要訪問內(nèi)存，查詢慢表，最后就可以得到邏輯地址對應(yīng)的最終的物理地址，再訪問一次內(nèi)存，就是訪問我們最終要訪問的物理單元，所以未命中耗時201us；

不管命中否，首先都得訪問一次快表；

本題是優(yōu)先查詢快表。

• 有的系統(tǒng)支持快表和慢表同時查找，如果是這樣，平均耗時應(yīng)該是(1+100)* 0.9+(100+100)* 0.1= 110.9us 若未采用快表機(jī)制，則訪問一個邏輯地址需要100+100=200us 顯然，引入快表機(jī)制后，訪問一個邏輯地址的速度快多了。

1.4.3 地址變換過程小結(jié)

TLB和普通Cache的區(qū)別：

TLB中只有頁表項的副本，而普通Cache中可能會有其他各種數(shù)據(jù)的副本

1.5 兩級頁表

1.5.1 單級頁表存在的問題，為啥引入兩極頁表

單級頁表：

某計算機(jī)系統(tǒng)按字節(jié)尋址，支持32位的邏輯地址，采用分頁存儲管理，頁面大小為4KB，頁表項長度為4B。
4KB=2¹²B，因此頁內(nèi)地址要用12位表示，剩余20位表示頁號。
因此，該系統(tǒng)中用戶進(jìn)程最多有2²⁰ 頁。相應(yīng)的，一個進(jìn)程的頁表中，最多會有2²⁰ =1M=1048576個頁表項，所以一個頁表最大需要 2²⁰ * 4B=2²² B，共需要2²² /2¹² =2¹⁰ 個頁框存儲該頁表。
根據(jù)頁號查詢頁表的方法：K號頁對應(yīng)的頁表項存放位置=頁表始址+K* 4
要在所有的頁表項都連續(xù)存放的基礎(chǔ)上才能用這種方法找到頁表項

根據(jù)局部性原理可知，很多時候，進(jìn)程在一段時間內(nèi)只需要訪問某幾個頁面就可以正常運行了。因此沒有必要讓整個頁表都常駐內(nèi)存。

思考：我們是如何解決進(jìn)程在內(nèi)存中必須連續(xù)存儲的問題的？
將進(jìn)程地址空間分頁，并為其建立一張頁表，記錄各頁面的存放位置同樣的思路也可用于解決“頁表必須連續(xù)存放”的問題，把必須連續(xù)存放的頁表再分頁，從而將頁表拆開

把頁表再分頁并離散存儲，然后再建立一張頁表記錄頁表各個部分的存放位置，稱為頁目錄表，或稱外層頁表，或稱頂層頁表

1.5.2 兩級頁表的原理、地址結(jié)構(gòu)

32位邏輯地址空間，頁表項大小為4B，頁面大小為4KB，則頁內(nèi)地址占12位 ，采用單級頁表：

因此，該系統(tǒng)中用戶進(jìn)程最多有2²⁰ 頁。相應(yīng)的，一個進(jìn)程的頁表中，最多會有2²⁰ =1M=1048576個頁表項，所以一個頁表最大需要 2²⁰ * 4B=2²² B，共需要2²² /2¹² =2¹⁰ 個頁框存儲該頁表。

現(xiàn)在把頁表再分頁并離散存儲，然后再建立一張頁表記錄頁表各個部分的存放位置，稱為頁目錄表，或稱外層頁表，或稱頂層頁表

10位一級頁號剛好可表示0~1023

1.5.3 二級頁表如何實現(xiàn)地址變換

例：將邏輯地址(0000000000,0000000001,111111111111)轉(zhuǎn)換為物理地址（用十進(jìn)制表示）。

按照地址結(jié)構(gòu)將邏輯地址拆分成三部分

從PCB中讀出頁目錄表始址，再根據(jù)一級頁號查頁目錄表，找到下一級頁表在內(nèi)存中的存放位置

根據(jù)二級頁號查二級頁表，找到最終想訪問的內(nèi)存塊號

結(jié)合頁內(nèi)偏移量得到物理地址

最終要訪問的內(nèi)存塊號為4
該內(nèi)存塊的起始地址為4*4096=16384
頁內(nèi)偏移量為4095
最終的物理地址為 16384+4095=20479

沒有必要讓整個頁表常駐內(nèi)存，因為進(jìn)程在一段時間內(nèi)可能只需要訪問某幾個特定的頁面。

可以在需要訪問頁面時才把頁面調(diào)入內(nèi)存（虛擬存儲技術(shù)）。可以 在頁表項中增加一個標(biāo)志位，用于表示該頁面是否已經(jīng)調(diào)入內(nèi)存

若分為兩級頁表后，頁表依然很長，則可以采用更多級頁表，一般來說各級頁表的大小不能超過一個頁面
例：某系統(tǒng)按字節(jié)編址，采用40位邏輯地址，頁面大小為4KB，頁表項大小為4B，假設(shè)采用純頁式 存儲，則要采用（）級頁表，頁內(nèi)偏移量為（）位？

頁面大小= 4KB =2¹²B，按字節(jié)編址，因此頁內(nèi)偏移量為12位
頁號= 40-12 = 28位
頁面大小= 2¹²B，頁表項大小= 4B ，則每個頁面可存放2¹² / 4 = 2¹⁰個頁表項
因此各級頁表最多包含2¹⁰個頁表項，需要10 位二進(jìn)制位才能映射到2¹⁰個頁表項，因此每一級的頁表對應(yīng)頁號應(yīng)為10位。總共28位的頁號至少要分為三級

如果只分為兩級頁表，則一級頁號占18位， 也就是說頁目錄表中最多可能有2¹⁸個頁表項，超過了一個頁面， 顯然，一個頁面是放不下這么多頁表項的

兩級頁表的訪存次數(shù)分析（假設(shè)沒有快表機(jī)構(gòu)）

第一次訪存：訪問內(nèi)存中的頁目錄表
第二次訪存：訪問內(nèi)存中的二級頁表
第三次訪存：訪問目標(biāo)內(nèi)存單元

N級頁表訪問一個邏輯地址，需要N+1次訪存

1.5.4 二級頁表小結(jié)

2 基本分段存儲管理方式

“分段”與“分頁”最大的區(qū)別就是——離散分配時所分配地址空間的基本單位不同

2.1 分段

進(jìn)程的地址空間：按照程序自身的邏輯關(guān)系劃分為若干個段，每個段都有一個段名（在低級語言中，程序員使用段名來編程），每段從0開始編址

內(nèi)存分配規(guī)則：以段為單位進(jìn)行分配，每個段在內(nèi)存中占據(jù)連續(xù)空間，但各段之間可以不相鄰。

編譯程序會 將段名轉(zhuǎn)換為段號
由于是按邏輯功能模塊劃分，用戶編程更方便，程序的可讀性更高

LOAD1,[D]|<A>; //將分段D中A單元內(nèi)的值讀入寄存器1 STORE1,[X]|<B>; //將寄存器1的內(nèi)容存入X分段的B單元中

上述匯編指令，寫程序時使用的段名[D]、[X]會被編譯程序翻譯成對應(yīng)段號
<A>單元、<B>單元會被編譯程序 翻譯成段內(nèi)地址

分段系統(tǒng)的邏輯地址結(jié)構(gòu)由段號（段名）和段內(nèi)地址（段內(nèi)偏移量）所組成。如：

段號的位數(shù)決定了每個進(jìn)程最多可以分幾個段
段內(nèi)地址位數(shù)決定了每個段的最大長度是多少

在上述例子中，若系統(tǒng)是按字節(jié)尋址的，則段號占16位，因此在該系統(tǒng)中，每個進(jìn)程最多有2¹⁶ =64K個段； 段內(nèi)地址占16位，因此每個段的最大長度是2¹⁶ =64KB。

2.2 段表

問題：程序分多個段，各段離散地裝入內(nèi)存，為了保證程序能正常運行，就必須能從物理內(nèi)存中找到各個邏輯段的存放位置。為此，需為每個進(jìn)程建立一張段映射表，簡稱“段表”。

1. 每個段對應(yīng)一個段表項，其中記錄了該段在內(nèi)存中的起始位置（又稱 “基址”）和段的長度。
2. 各個段表項的長度是相同的。

例如：某系統(tǒng)按字節(jié)尋址，采用分段存儲管理，邏輯地址結(jié)構(gòu)為（段號16位,段內(nèi)地址16位），因此用16位即可表示最大段長。物理內(nèi)存大小為4GB（可用32位表示整個物理內(nèi)存地址空間）。
因此，可以讓每個段表項占16+32=48位，即6B。由于段表項長度相同，因此段號可以是隱含的，不占存儲空間。
若段表存放的起始地址為M，則K號段對應(yīng)的段表項存放的地址為M+K*6

2.3 地址變換

2.4 分段、分頁管理的對比

頁是信息的物理單位。分頁的主要目的是為了實現(xiàn)離散分配，提高內(nèi)存利用率。分頁僅僅是系統(tǒng)管理上的需要，完全是系統(tǒng)行為，對用戶是不可見的。
段是信息的邏輯單位。分段的主要目的是更好地滿足用戶需求。一個段通常包含著一組屬于一個邏輯模塊的信息。分段對用戶是可見的，用戶編程時需要顯式地給出段名。

頁的大小固定且由系統(tǒng)決定。
段的長度卻不固定，決定于用戶編寫的程序。

分頁的用戶進(jìn)程地址空間是一維的，程序員只需給出一個記憶符即可表示一個地址。
分段的用戶進(jìn)程地址空間是二維的，程序員在標(biāo)識一個地址時，既要給出段名，也要給出段內(nèi)地址。

分段比分頁更容易實現(xiàn)信息的共享和保護(hù)。
不能被修改的代碼稱為純代碼或可重入代碼（不屬于臨界資源），這樣的代碼是可以共享的。可修改的代碼是不能共享的（比如，有一個代碼段中有很多變量，各進(jìn)程并發(fā)地同時訪問可能造成數(shù)據(jù)不一致）

只需讓各進(jìn)程的段表項指向同一個段即可實現(xiàn)共享

訪問一個邏輯地址需要幾次訪存？
（1）分頁（單級頁表）：第一次訪存——查內(nèi)存中的頁表，第二次訪存——訪問目標(biāo)內(nèi)存單元。總共兩次訪存
（2）分段：第一次訪存——查內(nèi)存中的段表，第二次訪存——訪問目標(biāo)內(nèi)存單元。總共兩次訪存
（3）與分頁系統(tǒng)類似，分段系統(tǒng)中也可以引入快表機(jī)構(gòu)，將近期訪問過的段表項放到快表中，這樣可以少一次訪問，加快地址變換速度。

2.5 分段存儲管理小結(jié)

3 段頁式存儲管理

3.1 分頁、分段優(yōu)缺點分析

分段管理中產(chǎn)生的外部碎片也可以用“緊湊”來解決，只是需要付出較大的時間代價

3.2 分段+分頁=段頁式管理

3.3 段頁式管理的邏輯地址結(jié)構(gòu)

即把段內(nèi)地址再拆分為頁號+頁面偏移量
段號的位數(shù)決定了每個進(jìn)程最多可以分幾個段
頁號位數(shù)決定了每個段最大有多少頁
頁內(nèi)偏移量決定了頁面大小、內(nèi)存塊大小是多少

在上述例子中，若系統(tǒng)是按字節(jié)尋址，則

• 段號占16位，因此在該系統(tǒng)中，每個進(jìn)程最多有2¹⁶=64K個字段
• 頁號占4位，因此每個段最多有2⁴=16頁
• 頁內(nèi)偏移量占12位，因此每個頁面\每個內(nèi)存塊大小為2¹²=4096=4KB

“分段”對用戶是可見的，程序員編程時需要顯式地給出段號、段內(nèi)地址。
而將各段“分頁”對用戶是不可見的。系統(tǒng)會根據(jù)段內(nèi)地址自動劃分頁號和頁內(nèi)偏移量。
因此段頁式管理的地址結(jié)構(gòu)是二維的。

簡記：頁式一維、段式二維、段頁式二維

3.4 段表、頁表

每個段對應(yīng)一個段表項，每個段表項由段號、頁表長度、頁表存放塊號（頁表起始地址）組成。每個段表項長度相等，段號是隱含的。

每個頁面對應(yīng)一個頁表項，每個頁表項由頁號、頁面存放的內(nèi)存塊號組成。每個頁表項長度相等，頁號是隱含的。

3.5 段頁式管理地址變換過程

也可引入快表機(jī)構(gòu)，用段號和頁號作為查詢快表的關(guān)鍵字。若快表命中則僅需一次訪存

3.6 段頁式管理小結(jié)

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的12 操作系统第三章 内存管理 非连续分配管理方式 基本分页存储管理 基本分段存储管理 段页式存储管理的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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