软设笔记（存储管理--页式存储和段式存储考点）

Swift Jane

已于 2022-09-18 00:30:19 修改

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分类专栏：操作系统文章标签：其他

于 2022-08-19 16:10:07 首次发布

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段式存储管理、段页式存储管理

一篇看懂，操作系统一一段式存储管理、段页式存储管理：

分页存储管理相关习题

页式存储：

解释：将程序划分为同样大小的块，以页为单位将程序调入内存。

基本概念：

页：将一个用户进程的地址空间划分为相同大小的区域，称为页。定长。页从0开始编号。称为逻辑页。

页帧（页框、块）：内存地址空间划分成的与页大小相等的区域。称为物理页。每块大小为2的整数次幂，总大小在4KB-1GB之间。

页表：存放于主存中，一张逻辑页到物理页映射的表。系统借助页表能找到在主存中目标页面所对应的物理块。页表的长度和页表的主存起始地址存放于PCB中。

快表：一组高速存储器，保存当前访问较少的活动页及相关信息。

地址结构：

逻辑地址=页内地址+页号

物理地址=页内地址+页帧号。

实际地址定位：通过页表找到内存物理块起始地址，然后+页内偏移。

进程访问某个逻辑地址时，分页地址机构自动将逻辑地址分为页号和页内地址
页号大于页表长度，越界错误
页表项的地址 p = 页表起始地址 F + 页号 P * 表项大小 S，从而得到对应的物理块号 B
页和物理块的大小是一致的，所以页内地址=块内地址
然后物理地址 = 物理块号 B * 页大小 L + 页内地址
根据物理地址读取数据

逻辑地址与物理地址之间的转换过程：

例题解析：页的大小指的是存储容量，这里的4KB是4096B，因为存储容量=存储个数*编址内容。也就是等于4k个B，4k个字节byte。也就是需要0~4095 大约位置的空间。4096个空间也就是2^12。2的12次方，需要12位进行编码。因此确定了低12位是页内地址。逻辑地址中。

再来看剩下的高二位10，就是页号。转化为十进制就是2.查询页表可知，页号为2的对应的页帧号是6，再将6转化为二进制就是110，所以页帧号为110，低12为继续保留。得到物理地址：110 1100 1101 1110

在进程分配内存时，以块为单位，将进程的多个页分别装入可以不连续的块中，逻辑地址空间占用m位，每一页大小为2的n次方个地址单元，所以页内位移号占用n个单位，剩下m-n个位表示页号。用页号去页表中寻找对应的项，由此找到物理块号，再加上本身带的页内偏移量，就可以得到物理地址。

缺页中断：
在地址映射过程中，在页表中发现要访问的页面不在内存，产生中断，中断发生。中断发生时候，系统必须在内存中选择一个页面移出内存，调用新的页面让出空间，尽管每次可以随机选择一个页面置换，但选不常使用的页面会使系统的性能更好，减少不必要的额外开销，所以产生了页面置换算法。

发生缺页中断时候，淘汰页面简单依据为：

1、首先淘汰访问位为0的页面。理论：局部性原理，时间局部性，刚刚被访问的可能很快又会被访问。

2、多个访问位为0，淘汰原则为淘汰修改位为0的。因为如果修改位为1，说明页面有变动，如果页面要淘汰掉，可能还要修改程序文件，花销更大。

页面置换算法

1理想页面（Optimal， OPT)置换算法
发生缺页时，有些页面在内存中，其中有一页将很快被访问(包含紧接着的下一条指令的那页)，而其他页则可能到10、
100或1000条指令后才会被访问，每个页都可以用在该页面首次被访问前所要执行的指令数进行标记。标记树最大的页应该被置换。

举例：如果某页在八百万条指令内不会被使用，另外一页在六百万条指令不会被使用，则置换前一个页面。这个算法无法实现，因当缺页
中断时，系统无法知道各个页面下一次在什么时候被访问

2先进先出置换算法（First In First Out, FIFO)
置换最先调入内存的页面，即置换在内存中驻留时间最久的页面。按照进入内存的先后次序排列成队列，从队尾进入，从队首删除。但是该算法会淘汰经常访问的页面，不适应进程实际运行的规律，目前已经很少使用。有可能产生抖动。例如：432143543215序列，用3个页面，比4个缺页少。

3 随机RAND算法。听天由命

4最近最久未使用置换算法（Least Recently Used， LRU）

也叫最近最少使用。LRU，理论支撑是局部性原理，空间局部性
刚被访问的页面，可能马上又要被访问；而较长时间内没有被访问的页面，可能最近不会被访问。 LRU算法普偏地适用于各种类型的程
序，但是系统要时时刻刻对各页的访问历史情况加以记录和更新，开销太大，因此LRU算法必须要有硬件的支持。

5第二次机会页面置换算法
FIFO算法可能会把经常使用的页面置换出去，为了避免这一问题，对该算法进行简单的修改：检查最老页面的R位，如果R位是0，那么
这个页面又老有没用，可以立即置换出去，如果是1，就清零R位，并将该页放到链表的尾端，修改它的装入时间使它就像装入的一样，
然后继续搜索。如果所有的页面都被访问过，那么该算法就被降为纯粹的FIFO算法。

6时钟页面置换算法
由于第二次机会页面置换算法要经常在链表中移动页面，降低了效率。一个更好的办法，将所有的页面存在一个类似钟表面的环形链
表中。

7最近未使用(NRU：Not Recently Used)
用R位和M位构造一个简单的页面置换算法：当启动一个进程时，它的所有页的两个位都由操作系统设置成0，R位被定期的清零，以
区别最近没有被访问的页和被访问了的页。
根据R位和M位，分为4类页面
第0类：没有被访问，没有被修改
第1类，没有被访问，被修改
第2类，被访问，没有被修改
第3类，被访问，被修改。
NRU算法随机地从编号最小的非空类中挑选一个页淘汰之。这个算法隐含的意思是，淘汰一个在最近一个时钟周期内没有被访问
的已修改页要比淘汰一个被频繁访问的干净的页好。