操作系统存储管理os4-2.ppt

问题： 请求分页中的硬件支持 2.地址变换与缺页中断 1. 基本思想 用户程序划分 按程序自身的逻辑关系划分为若干个程序段，每个程序段都有一个段名，且有一个段号。段号从0开始，每一段也从0开始编址，段内地址是连续的 逻辑地址 基本思想 内存划分 内存空间被动态的划分为若干个长度不相同的区域，称为物理段，每个物理段由起始地址和长度确定。 内存分配 以段为单位分配内存，每一个段在内存中占据连续空间（内存随机分割，需要多少分配多少），但各段之间可以不连续存放。 段表 记录了段号，段的首（地）址和长度之间的关系。每一个程序设置一个段表，放在内存， 属于进程的现场信息。 硬件支持 系统设置一对寄存器 段表始址寄存器： 用于保存正在运行进程的段表的始址 段表长度寄存器： 用于保存正在运行进程的段表的长度 相联存储器——快表 快表项目：段号；段始址；段长度；标识（状态）位；访问位（淘汰位） 对存储空间而言，段已不再作为存储单位，而把它分成大小固定的页。和页式管理一样，内存的可用区也被划分为许多大小相等的页面，且每个段可以装入不相邻接的多个空闲页面中，即一个段中的程序或数据在内存中可以分开存放，因而也就不需要为找一个段的空闲块而进行段的移动及内存空间合并了，这样就消除了内存中的外零头，分段的大小也不再受内存可用区的限制了。 2.段表和页表 为了支持程序的分段和段息的分页，系统内必须设置一个硬件机构以提供二级地址翻译。 系统必须为每个作业进程建立一张段表，用于管理内存分配、释放、缺段处理、存储保护和地址变换等。另外，由于一个段又被划分成了若干个页，所以系统为每个段又必须建立一张页表，把段中的虚页变换成内存中的实际页面。与页式管理相同，页表中也要设立标志缺页中断和页面保护等功能的表项。 由于在段页式管理中，页表不再是属于进程，而是属于某个段的，因此，段表中应有专项指出该段所对应页表的页表起始地址和页表长度等项信息。 地址变换机构 动态地址变换：段表和页表一样在内存中要占用一个固定的内存区域。当某个进程开始执行时，管理程序首先把该进程PCB中的段表始址放入段表地址寄存器。通过访问段表寄存器得到该进程的段表始址，从而开始访问段表。然后，由虚拟地址中的段号s为索引去查段表。 地址变换步骤 若该段在内存，则判断其存取控制方式是否有错。 如果存取方式正确，则从段表相应表目中查出该段在内存的起始地址，并将其和段内相对地址w相加，从而得到实际内存地址。 如果该段不在内存，则产生缺段中断，CPU转去执行内存分配程序寻找内存的空闲区。 若有足够长的空闲区来装入所需段，则直接调入所需段内容。若没有，则检查表中访问位，以淘汰那些访问概率低的段，以便腾出空间调入所需段。 Cl Cb + 段号S 段内地址d 比较 比较 b + d 段表 S= Cl 快表 物理地址 段表始址寄存器 段表长度寄存器 逻辑地址 l b . . . S l b 地址越界 d=1 d=1 地址映射及存储保护机制 地址越界 地址越界 比较 段的共享 段是一个具有逻辑意义，并可以独立调用的信息单位，把它作为共享和保护的基本单位是有实际意义的，在分段存储管理的情况下，共享与保护实现起来也比较方便。 分段易于实现段的共享，即允许若干个进程共享一个或多个分段 段的共享，是通过不同作业段表中的项指向同一个段基址来实现。 几道作业共享的例行程序就可放在一个段中，只要让各道作业的共享部分有相同的基址/限长值。 对共享段的信息必须进行保护 MAIN1 … MAIN2 DATA1 DATA2 SIN SIN 进程1的逻辑地址空间 进程2的逻辑地址空间 150K 2 1 0 始址 段号 150K k 2 … … 1 0 始址 段号 进程1的段表 进程2的段表 SIN 分页与分段的主要区别 段是信息的逻辑单位，它是根据用户的需要划分的，因此段对用户是可见的；页是信息的物理单位，是为了管理主存的方便而划分的，对用户是透明的。 页的大小固定不变，由系统决定。段的大小是不固定的，它由其完成的功能决定。 段式向用户提供的是二维地址空间，页式向用户提供的是一维地址空间，其页号和页内偏移是机器硬件的功能。 由于段是信息的逻辑单位，因此便于存贮保护和信息的共享，页的保护和共享受到限制。 分段存储管理方案的评价 (1) 消除了碎片。 (2) 提供了大容量的虚存。 (3) 允许动态增加段的长度。 (4) 便于动态装入和链接。 (5) 便于实现共享。 (6) 便于实现存储保护。 4.6 段页式存储管理 段页式存储管理方式 引入：分页和分段管理方式各有其优缺点，分页系统能有效提高内存的利用率