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操作系统OperatingSystems计算机专业核心课程授课：马志强讲师版权所有：内蒙古工业大学信息工程学院计算机系操作系统课程组操作系统（OperationSystem）授课：马志强讲师版权所有：内蒙古工业大学信息工程学院计算机系操作系统课程组计算机专业核心课程目录第5章存储管理5.4页式管理5.4.1页式管理基本原理5.4.2静态页式管理操作系统（OperationSystem）授课：马志强讲师版权所有：内蒙古工业大学信息工程学院计算机系操作系统课程组计算机专业核心课程教学目的1.掌握页式管理的基本概念2.掌握静态页面管理的原理操作系统（OperationSystem）授课：马志强讲师版权所有：内蒙古工业大学信息工程学院计算机系操作系统课程组计算机专业核心课程5.4.1页式管理的基本原理1.引入分区式存储管理连续存放，会产生碎片问题。大程序进入时需要移动（紧凑）已在主存中的信息。分页式存储管理允许把一个作业存放到若干不相邻接的分区中。操作系统（OperationSystem）授课：马志强讲师版权所有：内蒙古工业大学信息工程学院计算机系操作系统课程组计算机专业核心课程5.4.1页式管理的基本原理2.页（Page）把一个进程的虚拟地址空间划分成若干个大小相等的页。页号从零开始，页内地址相对于0编址,页的大小约为1-4K，常为2的整数次幂。操作系统（OperationSystem）授课：马志强讲师版权所有：内蒙古工业大学信息工程学院计算机系操作系统课程组计算机专业核心课程5.4.1页式管理的基本原理3.虚拟地址虚拟地址由页号（P）和页内地址（W）组成。地址的高位部分为页号，低位部分为页内地址。如下图所示。操作系统（OperationSystem）授课：马志强讲师版权所有：内蒙古工业大学信息工程学院计算机系操作系统课程组计算机专业核心课程5.4.1页式管理的基本原理举例一个地址总线为32位的系统，页面为4K的虚拟地址？操作系统（OperationSystem）授课：马志强讲师版权所有：内蒙古工业大学信息工程学院计算机系操作系统课程组计算机专业核心课程5.4.1页式管理的基本原理4.页面（Frame）将内存空间按照页的大小划分成若干存储块，称为片或页面。5.页式管理的优点(1)减少了内存中的碎片(2)实现了离散式管理操作系统（OperationSystem）授课：马志强讲师版权所有：内蒙古工业大学信息工程学院计算机系操作系统课程组计算机专业核心课程5.4.2静态页面管理方法在作业/进程开始执行前，把它们的程序段和数据段全部装入内存的页面中，通过页表（pagemappingtable）和硬件地址变换机构实现虚拟地址到物理地址的映射。操作系统（OperationSystem）授课：马志强讲师版权所有：内蒙古工业大学信息工程学院计算机系操作系统课程组计算机专业核心课程5.4.2静态页面管理方法1.内存页面的分配与回收系统依赖下面三个数据结构实现。(1)页表(2)请求表(3)存储页面表操作系统（OperationSystem）授课：马志强讲师版权所有：内蒙古工业大学信息工程学院计算机系操作系统课程组计算机专业核心课程5.4.2静态页面管理方法(1)页表页表是操作系统为每个用户作业/进程建立的，用来记录页和页面的映射关系。页表的位置固定。组成操作系统（OperationSystem）授课：马志强讲师版权所有：内蒙古工业大学信息工程学院计算机系操作系统课程组计算机专业核心课程5.4.2静态页面管理方法(2)请求表请求表实际上就是系统用来纪录每个进程/作业页表位置和长度的一张表。整个系统只有一张请求表。组成操作系统（OperationSystem）授课：马志强讲师版权所有：内蒙古工业大学信息工程学院计算机系操作系统课程组计算机专业核心课程5.4.2静态页面管理方法(3)存储页面表存储页面表指出系统中各个页面分配的情况。系统中只有一张存储页面表。它的实现有两种办法。办法1——位视图操作系统（OperationSystem）授课：马志强讲师版权所有：内蒙古工业大学信息工程学院计算机系操作系统课程组计算机专业核心课程5.4.2静态页面管理方法办法2——空闲页面链利用页面自身空间，在第一个空闲页面上存放总的空闲页面数和下一个空闲页面的指针，下一个只存放指针。操作系统（OperationSystem）授课：马志强讲师版权所有：内蒙古工业大学信息工程学院计算机系操作系统课程组计算机专业核心课程5.4.2静态页面管理方法举例操作系统（OperationSystem）授课：马志强讲师版权所有：内蒙古工业大学信息工程学院计算机系操作系统课程组计算机专业核心课程5.4.2静态页面管理方法2.分配算法操作系统（OperationSystem）授课：马志强讲师版权所有：内蒙古工业大学信息工程学院计算机系操作系统课程组计算机专业核心课程5.4.2静态页面管理方法3.地址变换基本原理BL页表基址寄存器pP’dP’d……………页表逻辑地址内存bb＋pL=越界中断+Y物理地址操作系统（OperationSystem）授课：马志强讲师版权所有：内蒙古工业大学信息工程学院计算机系操作系统课程组计算机专业核心课程5.4.2静态页面管理方法举例设一个进程长度为3页，页号为0，1，2，对应的页面号为2，3，8，每个页面的长度为1K，指令LOAD1,2500的虚地址为100，画出该虚拟地址到物理地址的转换过程。(1)页表操作系统（OperationSystem）授课：马志强讲师版权所有：内蒙古工业大学信息工程学院计算机系操作系统课程组计算机专业核心课程5.4.2静态页面管理方法(2)地址变换操作系统（OperationSystem）授课：马志强讲师版权所有：内蒙古工业大学信息工程学院计算机系操作系统课程组计算机专业核心课程5.4.2静态页面管理方法(3)存在的问题访问指令/数据时，至少两次访问主存。第一次访问页表计算指令/数据的物理地址第二次根据物理地址取指令/数据解决方法：利用高速缓存操作系统（OperationSystem）授课：马志强讲师版权所有：内蒙古工业大学信息工程学院计算机系操作系统课程组计算机专业核心课程5.4.2静态页面管理方法4.快表(1)快表的实现快表使用联想存储器实现并行查找操作系统（OperationSystem）授课：马志强讲师版权所有：内蒙古工业大学信息工程学院计算机系操作系统课程组计算机专业核心课程5.4.2静态页面管理方法(2)采用联想存储器(快表)后地址转换页表全部放在快表页表部分放在快表操作系统（OperationSystem）授课：马志强讲师版权所有：内蒙古工业大学信息工程学院计算机系操作系统课程组计算机专业核心课程5.4.2静态页面管理方法全部采用快表的地址转换pPdp‘d……………相联存储器（快表）页号偏移量内存P’操作系统（OperationSystem）授课：马志强讲师版权所有：内蒙古工业大学信息工程学院计算机系操作系统课程组计算机专业核心课程5.4.2静态页面管理方法页表部分放在快表的地址转换pPdp‘d……………内存页表（全部页）逻辑地址内存P’P’BL寄存器+bb＋p快表（部分活跃的页）L=越界中断N操作系统（OperationSystem）授课：马志强讲师版权所有：内蒙古工业大学信息工程学院计算机系操作系统课程组计算机专业核心课程5.4.2静态页面管理方法（3）性能比较假定访问主存时间为100ns，访问联想存储器时间为20ns，联想存储器为32个单元时快表命中率可达90%，按逻辑地址存取的平均时间为？操作系统（OperationSystem）授课：马志强讲师版权所有：内蒙古工业大学信息工程学院计算机系操作系统课程组计算机专业核心课程5.4.2静态页面管理方法（100＋20）×90%＋(100+100+20)×(1-90%)＝130ns比两次访问主存的时间100ns×2+20＝220ns下降了四成多。操作系统（OperationSystem）授课：马志强讲师版权所有：内蒙古工业大学信息工程学院计算机系操作系统课程组计算机专业核心课程5.4.2静态页面管理方法5.两级页表——页表的索引(1)引入原因页表项数比较多使得每个页表的空间大于一个页面，因此在内存中构造一个需要连续空间的页表比较难；操作系统（OperationSystem）授课：马志强讲师版权所有：内蒙古工业大学信息工程学院计算机系操作系统课程组计算机专业核心课程5.4.2静态页面管理方法表占用的空间比较大同时整个作业的所有页都一次调入内存，对空间造成浪费。操作系统（OperationSystem）授课：马志强讲师版权所有：内蒙古工业大学信息工程学院计算机系操作系统课程组计算机专业核心课程5.4.2静态页面管理方法(2)逻辑地址结构P1P2d外层页号外层页内地址/内层页号页内地址