一、思考：連續(xù)分配方式的缺點(diǎn)？

考慮支持多道程序的兩種連續(xù)分配方式：

固定分區(qū)分配：缺乏靈活性，會產(chǎn)生大量的內(nèi)部碎片，內(nèi)存的利用率很低。

動態(tài)分區(qū)分配：會產(chǎn)生很多外部碎片，雖然可以用“緊湊”技術(shù)來處理，但是“緊湊”的時間代價很高。
如果允許將一個進(jìn)程分散地裝入到許多不相鄰的分區(qū)中，便可充分地利用內(nèi)存，而無需再進(jìn)行“緊湊”。基于這一思想，產(chǎn)生了“非連續(xù)分配方式”，或者稱為“離散分配方式”。

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。

二、把“固定分區(qū)分配”改造為“非連續(xù)分配版本”

假設(shè)進(jìn)程A大小為23MB，但是每個分區(qū)大小只有10MB，如果進(jìn)程只能占用一個分區(qū)，那顯然放不下。
解決思路：如果允許進(jìn)程占用多個分區(qū)，那么可以把進(jìn)程拆分成10MB+10MB+3MB三個部分，再把這三個部分分別放到三個分區(qū)中（這些分區(qū)不要求連續(xù)）。但是，進(jìn)程A的最后一個部分是3MB，放入分區(qū)后會產(chǎn)生7MB的內(nèi)部碎片。

如果每個分區(qū)大小為2MB，那么進(jìn)程A可以拆分成11*2MB+1MB共12個部分，只有最后一部分1MB占不滿分區(qū)，會產(chǎn)生1MB的內(nèi)部碎片。
顯然，如果把分區(qū)大小設(shè)置的更小一些，內(nèi)部碎片會更小，內(nèi)存利用率會更高。
基本分頁存儲管理的思想——把內(nèi)存分為一個個相等的小分區(qū)，再按照分區(qū)大小把進(jìn)程拆分成一個個小部分

三、分頁存儲管理的基本概念

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”，或稱“頁幀”、“內(nèi)存塊”、“物理塊”。每個頁框有一個編號，即“頁框號”（或者“內(nèi)存塊號”、“頁幀號”、“物理塊號”）頁框號從0開始。

將用戶進(jìn)程的地址空間也分為與頁框大小相等的一個個區(qū)域，稱為“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。
（注：進(jìn)程的最后一個頁面可能沒有一個頁框那么大。因此，頁框不能太大，否則可能產(chǎn)生過大的內(nèi)部碎片）

操作系統(tǒng)以頁框?yàn)閱挝粸楦鱾€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，也不必按先后順序來，可以放到不相鄰的各個頁框中。

四、思考：如何實(shí)現(xiàn)地址的轉(zhuǎn)換？

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

先回顧一下，進(jìn)程在內(nèi)存中連續(xù)存放時，操作系統(tǒng)是如何實(shí)現(xiàn)邏輯地址到物理地址的轉(zhuǎn)換的？（采取動態(tài)重定位的方法）

五、如果采用分頁技術(shù)，應(yīng)該如何實(shí)現(xiàn)地址轉(zhuǎn)換？

CPU執(zhí)行指令1，需要訪問邏輯地址為80的內(nèi)存單元，如何轉(zhuǎn)化為物理地址？

邏輯地址為80的內(nèi)存單元：
應(yīng)該在1號頁，該頁在內(nèi)存中的起始位置為450，邏輯地址為80的內(nèi)存單元相對于該頁的起始地址而言，“偏移量”應(yīng)該是30。
所以，實(shí)際物理地址=450+30=480

要算出邏輯地址對應(yīng)的頁號

要知道該頁號對應(yīng)頁面在內(nèi)存中的起始地址

要算出邏輯地址在頁面內(nèi)的“偏移量”

物理地址=頁面始址+頁內(nèi)偏移量

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）
頁面在內(nèi)存中的起始位置：操作系統(tǒng)需要用某種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)記錄進(jìn)程各個頁面的起始位置。

頁號=80/50=1
頁內(nèi)偏移量=80%50=30
1號頁在內(nèi)存中存放的起始位置450
注意：為了方便計算頁號、頁內(nèi)偏移量，頁面大小一般設(shè)為2的整數(shù)冪

結(jié)論：如果每個頁面大小為2^K B，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
因此，如果讓每個頁面的大小為2的整數(shù)冪，計算機(jī)就可以很方便地得出一個邏輯地址對應(yīng)的頁號和頁內(nèi)偏移量。

六、邏輯地址結(jié)構(gòu)

分頁存儲管理的邏輯地址結(jié)構(gòu)如下所示：

地址結(jié)構(gòu)包含兩個部分：前一部分為頁號，后一部分為頁內(nèi)偏移量W。在上圖所示的例子中，地址長度為32位，其中0-11位為“頁內(nèi)偏移量”，或稱“頁內(nèi)地址”；12-31位為“頁號”。
如果有K位表示“頁內(nèi)偏移量”，則說明該系統(tǒng)中一個頁面的大小是2^K個內(nèi)存單元
如果有M位表示“頁號”，則說明在該系統(tǒng)中，一個進(jìn)程最多允許有2^M個頁面

分頁存儲管理中，如何實(shí)現(xiàn)地址轉(zhuǎn)換？

要算出邏輯地址對應(yīng)的頁號

要知道該頁是對應(yīng)頁面在內(nèi)存中的起始地址

要算出邏輯地址在頁面內(nèi)的“偏移量”

物理地址=頁面始址+頁內(nèi)偏移量
注：如果題目中是用十進(jìn)制數(shù)表示邏輯地址，則頁號=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）

七、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。

為什么每個頁表項(xiàng)的長度是相同的，頁號是“隱含”的？
Eg：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(xiàng)至少應(yīng)該為多少字節(jié)？
4GB=2^32B，
4KB=2^12B
因此4GB的內(nèi)存總共會被分為2^32 / 2^12= 2^{20個內(nèi)存塊**，因此內(nèi)存塊號的范圍應(yīng)該是0~2}20-1因此至少要20個二進(jìn)制位才能表示這么多的內(nèi)存塊號，因此至少要3個字節(jié)才夠（每個字節(jié)8個二進(jìn)制位，3個字節(jié)共24個二進(jìn)制位）

各頁表項(xiàng)會按順序連續(xù)地存放在內(nèi)存中。如果該頁表在內(nèi)存中存放的起始地址為x，則M號頁對應(yīng)的頁表項(xiàng)一定是存放在內(nèi)存地址為 X+3*M。因此，頁表中的“頁號”可以是“隱含”的。
只需要知道頁表存放的起始地址和頁表項(xiàng)長度**，即可找到各個頁號對應(yīng)的頁表項(xiàng)存放的位置。在本例中，一個頁表項(xiàng)占3B，如果進(jìn)程由n個頁面，則該進(jìn)程的頁表總共會占3*n個字節(jié)。

八、總結(jié)

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的八、操作系统——基本分页存储管理的基本概念（详解）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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