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计算机操作系统课程组
安徽科技学院 设计人:赵艳红
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9.4.3 保护
分页环境下，内存保护是通过与每个帧相关联的保 护位来实现的。 保护位的类型：用于指示页可读、可写、可读/写、 有效/无效等。
有效/无效位：有效时，表示该值相关的页在进程 的逻辑地址空间内，是合法（或有效）的页。无效 时，表示该页不在进程的逻辑地址空间内，进程访 问此页时会产生非法操作即无效地址引用。
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9.4.2 硬件支持
? 操作系统如何保存页表？
有的操作系统把页表存储在寄存器中。如DEC PDP-11。
大部分操作系统都把页表存储在内存中。这时将 页表基寄存器(PTBR，其作用与如下图中的控制 寄存器相同)指向页表。PTBR的值保存在进程的 PCB中。
14ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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P=INT[A/L], D= A MOD L
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解：(1)为了找出逻辑地址100对应的物理地址，硬件地址变换机 构首先将100转换为页号p与页偏移d组成的逻辑地址形式。即 p=0，d=100。从页表中可知第0页与2号帧相对应，将帧号2与 页偏移d=100相连，得到物理内存地址：2*1024+100=2148。
TLB中保存的条目个数一般在64~1024。80386
中:TLB中为32项。
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当CPU产生逻辑地址后，其页号提交给TLB。如果找到页号也 就找到了帧号，则不需要再查找页表了。如果在TLB中找不 到页号，则需要访问页表，当得到帧号后就可以访问内存。 同时将页号与帧号增加到TLB中，供下次访问此页时TLB使用。 如果TLB条目已满，则操作系统会选择一个条目将它移出TLB。
例如：如果页大小：2048Byte，进程大小： 72766Byte，则进程需要35个页和1086Byte。 该进程会得到36个帧。因此会产生20481086=962Byte的内部碎片。
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当系统需要执行一个进程时，它将检查进程所需要的页数。 因此，如果进程需要n个页，那么内存中至少应有n个空闲帧。 如果有，则可以分配给新进程。 进程的第一页装入一个空闲帧中，帧号放入进程的页表中。 下一页分配给另一个空闲帧，其帧号也放入进程的页表中， 等等。页表的各项随之被填充。
在请求分页式虚拟存储管理方案中只需要把当前
运行需要的页调入内存中。
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页表

作用：表示页号与帧号的一一对应关系
组成：页号+帧号
大部分操作系统都把页表存储在内存中。 页表的大小由进程的长度决定。
例如，对于一个每页长1 K，大小为20 K的进程来说，如 果一个内存单元存放一个页表项，则只要分配给该页表 20个存储单元即可。
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示例
? 假设某OS中，页和帧的大小都为1KB，有一个进
程其页表如下图所示，此进程有一条指令为LOAD 1，2500，此指令的虚地址为100。 问题： (1)虚地址100对应的物理地址。 (2) 指令中表示操作数的虚地址2500对应的物理地 址? 给定逻辑地址A，页大小为L，
则页号P和页偏移地址D分别为：
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9.4.5 共享页
共享代码
如果代码是可重入的，那么就可以供多个进程共 享。例如编辑器、编译器等。
私有数据
每个进程都有自己的数据页。
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示例
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分页管理的缺点

要求进程在执行前全部装入内存，如果可用 页面数小于用户程序要求时，该程序只好等 待。 进程的大小仍受内存可用页面数的限制。 解决方法：请求分页管理
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9.4.4 页表结构

Intel 80386中的地址空 间是2^32，页大小：4KB (2^12)，可表示的页个 数是2^32/2^12 个。也 即一个进程的页表中条 目个数最多可以是： 2^32/2^12 个，如果每 个条目大小为4B，则每 个这个页表的大小是4M。 页表还必须在内存中连 续存放。如何使页表可 以不必连续存放在内存 中？
分页示例：页长4Byte，物理内存：32Byte。
页码
帧号
0
0 1 2
1
2 3
逻辑内存 页表
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逻辑地址0对应的物理地址 是多少？
物理内存
逻辑地址0对应 的页码为0，页 偏移为0，根据 页表，页码0对 应的帧号是5。 所以逻辑地址0 对应的物理地址 是5*4+0=20即帧 号＊页长＋页偏 移
p=INT[100/1024] d= 100 MOD 1024 2＊1024＋100＝2148
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示例
(2) 指令中表示操作数的虚地址2500对应的物理地址?
答案：8644。
课后请计算答案为什么是8644。
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分页技术不会产生外部碎片：每个帧都可能 会被使用。 分页技术会产生内部碎片：因为分配单位是 帧。如果一个进程要求的内存并不是帧的整 数倍，那么最后一个帧就可能用不完。
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Intel 80386解决这个问题的方法：两层分页 算法，即将页表再分页保存。这时，逻辑地 址的结构如图所示。 • P1是外部页表的索引，P2是内部页表的索 引。
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Intel 80386 中两层分页的地址转换 校重点建设课程
页表
又称为页目 录表
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• • 帧大小：512Byte~64KByte，80386中：4KByte. 帧号
把进程的逻辑内存也分割为与帧大小一样的块，称 之为页，也称为逻辑页。 备份存储器（如硬盘、SD卡等）也分割为与帧大 小一样的块。
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9.4.1 基本方法
当一个程序从硬盘调入到内存时，要把整个 程序即程序的所有页都调入到内存。
操作系统可以通过保护位设置该页有效/无效。
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示例
某计算机系统其物理地址空间为14位（0~16383),
有一个程序其逻辑地址空间为0~10468。若页大小：
2KB，那么得到如下图所示的页表。
有效的地址范围：0~12287。12288~16383对于此程
序来说，都是无效地址。

每个进程至少拥有一个页表。
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逻辑内存和物理内存的分页模型
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页到帧的地址转换是通过硬件 完成的，如右图所示。 CPU产生的逻辑地址分为两部 分： 页号(p):是页表的索引值， 页表中包含每页对应的帧号 页偏移(d):它与帧号组合形 成物理地址。 在80386中，地址为32位。 • 12位表示页偏移：页长 为4 KB • 20位表示页号： 页数 1024K个 • 逻辑地址结构如下图所 示：
把进程的逻辑内存分割成不同的块。 把物理内存也分割为不同的块。
分割的方法不一样，会导致以下不同的内存管理方 案：分段、分页、带有分页的分段。 • 内存管理方案是通过硬件与操作系统相互配合实现 的。
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9.4 分页
9.4.1 基本方法
把物理内存分割成大小相等且大小固定的块，称之 为帧(frame)，也称为物理页。
9.4.2 硬件支持
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说明
(1) 地址变换过程：CPU中的地址变换机构自动完成。
(2)页表：在内存中，取一个数据或指令至少要访问内
存两次以上：获取物理地址、取数据或指令。 为了提高查找速度：把最近使用过的页表项放进小 型的高速缓冲存储器中，称之为翻译后备缓冲器 (translation look-aside buffer,TLB)。
第9章 内存管理（2）
教师：计算机操作系统课程组 E-mail: zhao.yanhong@ （赵艳红） wxzx@（沈峰）
安徽科技学院 设计人:赵艳红
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Contents
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引言
? 为了消除外部碎片从而提高内存使用效率，能否把
进程在内存中连续存储这种情况改变，使之非连续 存储？