分页与虚拟存储
1. 什么是分页？
分页（Paging）是一种内存管理技术，用于将计算机的物理内存分割成固定大小的块，称为“页面”（Page），每个页面通常为4KB，这种技术允许操作系统更有效地利用内存，因为它可以将程序的不同部分分散到不同的物理地址上，而不是连续地存放在内存中。
2. 分页机制如何工作？
2.1 逻辑地址空间
程序在编写时使用的地址称为逻辑地址，这些地址被划分为若干个页面，每页包含固定数量的字节，在一个采用4KB页面大小的系统中，逻辑地址0x0000至0x0FFF属于第0页，0x1000至0x1FFF属于第1页，依此类推。
2.2 物理地址空间
实际的物理内存同样被划分为大小相等的页面，当程序运行时，其逻辑页面会被映射到物理内存中的任意一个空闲页面上，这个过程由操作系统负责管理。
2.3 页表
为了实现从逻辑地址到物理地址的转换，系统维护了一个叫做页表的数据结构，页表中记录了每个逻辑页面对应的物理页面的位置，每当CPU需要访问某个内存地址时，都会先通过查询页表来确定该地址所在的逻辑页面应该映射到哪个物理页面上。
| 逻辑页号 | 物理页框号 |
| 0 | 5 |
| 1 | 7 |
| ... | ... |
3. 虚拟存储
虚拟存储（Virtual Memory）是一种扩展物理内存的技术，它使得应用程序可以使用比实际可用物理内存更多的内存空间，这主要通过两种方式实现：交换（Swapping）和请求分页（Demand Paging）。
3.1 交换
交换是指将不活跃的数据暂时移出主存并保存到磁盘上的过程，当需要再次使用这些数据时，再将其从磁盘读回内存，这种方法适用于长时间未被访问的数据。
3.2 请求分页
请求分页是一种更为灵活的方法，它允许程序仅加载当前正在使用的部分进入内存，其余部分则保留在硬盘或其他辅助存储设备上，只有当程序尝试访问尚未加载进内存的部分时，才会触发缺页中断，此时操作系统会将所需的数据页从辅助存储调入内存。
4. 相关问题与解答
Q1: 为什么需要使用分页而不是连续分配内存？
A1: 分页提供了更高的灵活性和效率，它减少了外部碎片问题，因为即使有大量空闲但非连续的空间也可以被利用起来，分页支持动态增长的数据结构，如堆栈或动态数组，因为它们可以根据需要扩展而不必事先预留足够的连续空间，分页简化了内存保护机制，易于实现对不同进程间的隔离。
Q2: 虚拟存储是如何提高系统性能的？
A2: 虚拟存储通过以下几种方式提高了系统性能：
增加可用内存量：让用户感觉好像拥有比实际物理内存更大的空间。
优化资源利用率：允许多个程序共享同一组物理页面，从而提高整体资源利用率。
减少等待时间：对于频繁访问但很少修改的数据，可以通过缓存策略减少I/O操作次数，加快响应速度。
支持多任务处理：使得操作系统能够同时运行多个应用程序而不必担心它们之间互相干扰。
以上内容就是解答有关“分页与虚拟存储”的详细内容了，我相信这篇文章可以为您解决一些疑惑，有任何问题欢迎留言反馈，谢谢阅读。
原创文章，作者：K-seo，如若转载，请注明出处：https://www.kdun.cn/ask/687597.html
微信扫一扫 