操作系统3.1.7 基本地址变换机构

灰太狼 2023-02-23 09:00 51阅读 0赞

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### 一、基本地址变换结构 ###

基本地址变换结构可以借助进程的页表将逻辑地址转换为物理地址。  
通常在系统中设置一个页表寄存器（PTR Page-Table Register），存放页表在内存中起始地址F和页表长度M。  
进程在未执行时，页表的起始地址和页表长度放在进程控制块（PCB）中，当进程被调度时，操作系统内核会把它们放在页表寄存器中。

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逻辑地址到物理地址变换的过程：

> 1.  计算页号P和页内偏移量W（如果用手算，P=A/L，W=A%L；但是在计算机实际运行中，逻辑地址结构是固定不变的，因此计算机硬件可以更快地得到二进制表示的页号、页内偏移量）
> 2.  比较页号P和页表长度M，如果P>=M，则会产生越界中断，否则继续执行（注意：页号是从0开始的，则页表长度至少是1，因此P=M时也会越界）
> 3.  页表中页号P对应的页表项地址 = 页表始址F + 页号P \* 页表项长度，取出该页表项内容b，即内存块号
> 4.  计算实际物理地址E = b \* L + W，用得到的物理地址E去访存

注意页表项长度、页表长度、页面大小的区别：

> 1.  页表长度是指页表最多能有多少个页表项，即总共有几个页
> 2.  页表项长度指每个页表项所占用的内存大小
> 3.  页面大小指一个页面占多大的内存空间

注意：页面大小是2的整数幂

### 二、例题 ###

例：若页面大小L为1K字节（1024），页号2对应的内存块号b=8，将逻辑地址A=2500转换为物理地址E

等价描述：某系统按字节寻址，逻辑地址结构中，页内偏移量占10位（说明一个页面的大小为2^10B=1KB），页号2对应的内存块号b=8，将逻辑地址A=2500转换为物理地址E

![20200707102603183.png][]

在分页存储管理（页式管理）系统中，只要确定每个页面的大小，逻辑地址结构就可以确定。

因此，页式管理中地址是一维的。

即，只要给出一个逻辑地址，系统就可以自动算出页号、页内偏移量。

### 三、对上一小节的页表项大小进行进一步探讨 ###

[https://blog.csdn.net/dyw\_666666/article/details/107166904][https_blog.csdn.net_dyw_666666_article_details_107166904]

**为什么每个页表项的长度是相同的，而页号是隐含的？**

4GB = 2^32B，4KB = 2^12B

例：假设某系统物理内存大小为4GB，页面大小为4KB的内存总共会被分为2^32 / 2^12 = 2^20个内存块，因此内存块号的范围应该是0~2^20-1

因此至少要20个二进制位才能表示这么多内存块号，因此至少要3个字节才够

（每个字节8个二进制位，3个字节共24个二进制位）  
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各页表项会按顺序连续地存放在内存中  
如果该页表在内存中存放的地址为X，则M号页对应的页表项存放的地址为：X + 3\*M

一个页面为4KB（4096），则每个页面可以存放 4096 / 3 = 1365个页表项，但是这个页面会剩余 4096 % 3 = 1B页内碎片

因此，1365号页表项存放的地址为 X + 3\*1365 \+1

那么，如果每个页表项占4字节，则每个页框刚好可存放1024个页表项

1024号页表项虽然是存放在下一个页框中的，但是它的地址依然可以用 X + 4\*1024得出

**结论：**理论上，页表项长度为3B即可表示内存块号的范围，但是为了方便页表的查询，常常会让一个页表项占更多的字节，使得每个页面恰好可以装得下整数个页表项

**基本地址变换结构需要访问两次内存：**

第一次访问内存查找页表；

第二次访问物理内存对应的内存单元。

### 四、小结 ###

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地址变换过程易出大题。

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