页式存储管理

页式存储管理基本原理

• 不连续的存储分配：页式存储管理允许程序的存储空间不必是连续的，这样可以将进程分散存放在各个内存块中，避免了外部碎片问题，从而提高了内存的利用率。

• 地址结构：系统将逻辑地址空间划分为若干个大小相等的页，每个页被编号。同样，内存被划分为大小相同的块，并为每个块编号。逻辑地址由页号（P）和页内偏移地址（W）两部分组成，具体计算方式为：

  \[ P = \text{INT}(A / L), \quad W = A \mod L \]

  其中，\(A\) 是逻辑地址，\(L\) 是页面大小，INT表示向下整除，MOD表示取余。

存储空间的分配与回收

• 位示图管理：主存空间的分配通过位示图进行管理，记录哪些块已分配，哪些块空闲。空闲块通过查找位示图中的“0”位来找到，并为作业分配内存。当作业执行完毕后，归还内存块，并更新位示图。

• 块号计算：当需要分配或回收内存块时，根据位示图中的位置，通过公式计算出块号：

  \[ \text{块号} = \text{字号} \times \text{字长} + \text{位号} \]

当作业结束时，归还块的操作使用相反的计算方式来更新位示图和空闲块数量。

页表与地址转换

• 页表：为每个作业维护一张页表，记录每一页的逻辑页号与物理块号的映射。页表实现了从页号到物理块号的地址映射。作业中的每一页在页表中都有相应的条目。

• 硬件支持的地址转换：作业执行时，硬件通过页表控制寄存器自动将逻辑地址转换为物理地址。逻辑地址分为页号和页内地址两部分，通过页号索引页表，获取对应的物理块号，再加上页内地址计算出物理地址。计算公式为：

  \[ \text{物理地址} = \text{块号} \times \text{块长} + \text{页内地址} \]

地址转换过程

• 逻辑地址分解：逻辑地址由两部分组成：页号和页内地址。通过页号在页表中查找对应的物理块号，再通过页内地址找到具体的物理地址。
• 页表查询：当页号在页表中存在时，可以得到相应的物理块号。如果页表中没有该页号，发生地址错的程序性中断。
• 物理地址计算：通过页表获取块号后，结合页内地址进行物理地址的计算。