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知识路径： > 计算机系统知识 > 计算机软件知识 > 操作系统知识 > 存储管理（主存保护、动态连接分配、分页、虚存） > 存储管理 >
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相关知识点：8个
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用分区方式管理的存储器，每道程序总是要求占用主存的一个或几个连续存储区域，作业或进程的大小仍受到分区大小或内存可用空间的限制，因此，有时为了接纳一个新的作业而往往要移动已在主存的信息。这不仅不方便，而且开销不小。采用分页存储器既可免去移动信息的工作，又可尽量减少主存的碎片。分页式存储管理的基本原理如下：
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（1）页框：物理地址分成大小相等的许多区，每个区称为一块（又称页框Page Frame）。
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（2）页面：逻辑地址分成大小相等的区，区的大小与块的大小相等，每个区称一个页面（page）。
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（3）逻辑地址形式：与此对应，分页存储器的逻辑地址由两部分组成（页号和单元号）。逻辑地址格式如下：
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采用分页式存储管理时，逻辑地址是连续的。所以，用户在编制程序时仍只需使用顺序的地址，而不必考虑如何去分页。由地址结构和操作系统管理的需要来决定页面的大小，从而，也就确定了主存分块的大小。用户进程在内存空间中每个页框内的地址是连续的，但页框和页框之间的地址可以不连续。存储地址由连续到离散的变化，为以后实现程序的“部分装入、部分对换”奠定了基础。
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（4）页表和地址转换：在进行存储分配时，总是以块（页框）为单位进行分配，一个作业的信息有多少页，那么在把它装入主存时就给它分配多少块。但是，分配给作业的主存块可以是不连续的，即作业的信息可按页分散存放在主存的空闲块中，这就避免了为得到连续存储空间而进行的移动。那么，当作业的程序和数据被分散存放后，作业的页面与分给的页框如何建立联系呢？页式虚拟地址如何变换成页框物理地址呢？作业的物理地址空间由连续变成分散后，如何保证程序正确执行呢？采用的办法是动态重定位技术，让程序的指令执行时作地址变换，由于程序段以页为单位，所以，给每个页设立一个重定位寄存器，这些重定位寄存器的集合便称为页表（Page Table）。页表是操作系统为每个用户作业建立的，用来记录程序页面和主存对应页框的对照表，页表中的每一栏指明了程序中的一个页面和分得的页框的对应关系。通常为了减少开销，不是用硬件，而是在主存中开辟存储区存放页表，系统中另设一个页表主存起址和长度控制寄存器（Page Table Control Register）,存放当前运行作业的页表起址和页表长，以加快地址转换速度。每当选中作业运行时，应进行存储分配，为进入主存的每个用户作业建立一张页表，指出逻辑地址中页号与主存中块号的对应关系，页表的长度随作业的大小而定。同时页式存储管理系统还建立一张作业表，将这些作业的页表进行登记，每个作业在作业表中有一个登记项。作业表和页表的一般格式如下图所示。然后，借助于硬件的地址转换部件，在作业执行过程中按页动态定位。调度程序在选择作业后，从作业表的登记项中得到被选中作业的页表始址和长度，将其送入硬件设置的页表控制寄存器。地址转换时，就可以从页表控制寄存器中找到相应的页表，再以逻辑地址中的页号为索引查页表，得到对应的块号，根据关系式：
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计算出欲访问的主存单元的地址。因此，虽然作业存放在若干个不连续的块中，但在作业执行中总是能按正确的地址进行存取。
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页表可以存放在一组寄存器中，地址转换时只要从相应寄存器中取值就可得到块号，这虽然方便了地址转换，但硬件花费代价太高，如果把页表放在主存中就可降低计算机的成本。但是，当要按给定的逻辑地址进行读／写时，必须访问两次主存。第一次按页号读出页表中相应栏内容的块号，第二次根据计算出来的绝对地址进行读／写，降低了运算速度。
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为了提高运算速度，通常都设置一个专用的高速存储器，用来存放页表的一部分，这种高速存储器称为相联存储器（Associative Memory）,存放在相联存储器中的页表称为快表。相联存储器的存取时间是远小于主存的，但造价高，故一般都是小容量的，例如Intel 80486的快表为32个单元。
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根据程序执行局部性的特点，即它在一定时间内总是经常访问某些页，若把这些页登记在快表中，无疑将大大加快指令的执行速度。快表的格式如下：
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它指出已在快表中的页及其对应主存的块号。有了快表后，绝对地址形成的过程是，按逻辑地址中的页号查快表，若该页已登记在快表中，则由块号和单元号形成绝对地址；若快表中查不到对应页号，则再查主存中的页表而形成绝对地址，同时将该页登记到快表中。当快表填满后，又要在快表中登记新页时，则需在快表中按一定策略淘汰一个旧的登记项，最简单的策略是“先进先出”，总是淘汰最先登记的那一页。
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采用相联存储器的方法后，地址转换时间大大下降。假定访问主存的时间为100×10-9s，访问相联存储器的时间为20×10-9s，相联存储器为32个单元时查快表的命中率可达90%，于是按逻辑地址进行存取的平均时间为：
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（100+20）×90%+（100+100+20）×（1-90%）=130×10-9s
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比两次访问主存的时间100×10-9s×2+20×10-9s=220×10-9s下降了四成多。
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同样，整个系统也只有一个相联存储器，只有占用CPU者才占有相联存储器。在多道程序中，当某道程序让出处理器时，应同时让出相联存储器。由于快表是动态变化的，所以让出相联存储器时应把快表保护好以便再执行时使用。当一道程序占用处理器时，除置页表控制寄存器外还应将它的快表送入相联存储器。
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