分页存储管理中,主存的分配是以页框为单位进行。
分页存储管理中的内存分配机制
在分页存储管理系统中,主存的分配单位是页框,而逻辑地址空间则被划分为大小相等的页面,这种设计使得内存可以被更灵活地使用,减少了碎片的产生,每个进程的逻辑地址空间被分割成若干个固定大小的页,而物理内存则被划分成相同数量的页框,当进程需要访问某个逻辑地址时,系统通过查找页表将逻辑页号映射到物理页框上,从而完成地址转换。
分页存储管理的优势
1、减少碎片:由于页面和页框的大小固定,分页存储管理不会产生外部碎片,只有内部碎片(即最后一个不完整的页框)。
2、灵活性:分页存储管理允许非连续的内存分配,这意味着即使物理内存中的空闲区域是分散的,也可以有效地利用这些区域。
3、简化内存管理:页表的使用简化了内存管理过程,使得操作系统能够更高效地进行内存分配和回收。
分页存储管理的实现细节
1、页表:每个进程都有一个页表,用于记录逻辑页号与物理页框号之间的映射关系,页表项通常包含物理块号和一些控制信息,如有效位、修改位等。
2、地址转换:当进程访问一个逻辑地址时,系统首先根据逻辑地址计算出页号和页内偏移量,然后通过查找页表找到对应的物理页框号,最后将物理页框号与页内偏移量拼接成物理地址。
3、快表:为了提高地址转换的速度,系统中通常会设置一个快表(TLB),用于缓存最近使用的页表项,这样,当再次访问相同的逻辑地址时,可以直接从快表中获取物理地址,而无需再次查找页表。
分页存储管理的局限性
1、内部碎片:由于页面和页框的大小固定,分页存储管理会产生一定的内部碎片,尽管这种碎片相对较小,但在大量小作业的情况下,累积的内部碎片仍然会浪费不少内存空间。
2、性能开销:每次地址转换都需要查找页表或快表,这会带来一定的性能开销,虽然快表可以缓解这一问题,但在某些情况下(如快表未命中),仍然需要访问页表。
3、复杂性:分页存储管理的实现相对复杂,需要操作系统维护大量的数据结构(如页表、快表等),并处理各种异常情况(如越界中断)。
相关问题与解答
问:什么是页内碎片?
答:页内碎片是指在分页存储管理中,由于页面和页框的大小固定,当一个进程的最后一页不能完全填满一个页框时,剩余的空间就称为页内碎片,这种碎片是由于分配给进程的内存空间大于其实际需求而产生的,虽然每个进程的页内碎片可能不大,但在多任务环境下,累积的页内碎片会显著降低内存利用率。
问:为什么分页存储管理不会产生外部碎片?
答:分页存储管理之所以不会产生外部碎片,是因为它将主存空间划分为大小相等的页框,并且每个进程的逻辑地址空间也被划分为同样大小的页面,这样,无论进程的实际大小如何,它都可以被分配到若干个连续的页框中,而这些页框在物理内存中的位置可以是分散的,即使有空闲的物理内存区域,它们也会以页框为单位存在,不会形成无法利用的小块,从而避免了外部碎片的产生。
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