存储器/内存管理--分页存储管理方式

本文以32位操作系统为例来介绍存储器/内存管理--分页存储管理方式。

 

　　在此方式下，操作系统会将用户程序的地址（逻辑地址）空间分为若干个固定大小区域，称为“页”或“页面”。相应地，操作系统也会将内存空间（物理地址）划分为若干个物理块或页框，当然，页和块的大小应该相同，这样就可以将一个页存储在一个物理块中了。

 

页面和物理块两个概念

　　页面：在分页存储管理方式中，操作系统会将进程的逻辑地址空间分成若干个页，并加以编号，每一个编号代表一个页或者页面。

　　物理块：在内存的物理地址空间分成若干个块，也为每个块加以编号，每一个编号代表着一个物理块或者页框。

 

页面大小的选择

　　由于进程的最后一页通常是装不满的，从而形成了不可利用的碎片，这里称为“页内碎片”。如果页/页面的大小选择过大，则会造成最后一页的页内碎片较大，内存利用率不高。如果页/页面大小选择过小，则会造成进程的页表（下面将介绍）过长，页表将占用大量的内存，同样也会降低页面的换入换出的效率。因此，页/页面的大小应该选择适中，通常为1--8KB。

 

分页管理方式中逻辑地址的地址结构

 

　　逻辑地址将分为两部分，第一部分为页号P，对应着所在的页/页面；第二部分为偏移量W，对应着所在页的页内地址。上图中偏移量对应着低12位，所以每一个页/页面的大小为4KB，12--31位中共20位对应着页号的地址空间，所以地址空间最多允许有1M（1024*1024）个页。

以上是以4KB为页/页面大小的例子，其他页/页面大小可以用此方式类推。

　　若给定一个逻辑地址空间中的地址A，页面的大小为L，则可以计算出页号P和页内地址d，计算过程如下：

　　　　　　　　　　　　　P = INT [A/L],     d = [A] MOD L;

其中INT为取整，MOD为取余。

 

页表：实现从页号到物理块号的地址映射（转换）

 

 

 

　　所以在页表中有两项数据，页号和块号，页号和块号是一一对应的，操作系统通过页号，可以找到相应的物理地址的块号，实现了从逻辑地址到物理地址的转换。

 

地址变换过程：将逻辑地址的页号转换为内存中的物理块号。

　　页表寄存器（Page-Table Register，PTR），当进程执行时，进程中PCB的页表始址和长度就会存放到页表寄存器中，当程序要访问某页号时，首先会判断页号是否越界了，就是判断是否超出了页表项的大小，接着按照页表寄存器中的地址到内存中找到页表，然后再根据页表找到页号对应的块号，再根据页内地址，找到对应物理地址中的数据。

两级页表

　　页表结构

 

 

 　　两级页表地址变换机构