操作系统分页为什么不用进行地址检查

操作系统中的分页技术将物理内存划分为固定大小的页框，每个页框都被映射到逻辑地址空间中的一个页。当程序访问逻辑地址时，操作系统会将其转化为物理地址，以便访问真正的数据。在这个过程中，操作系统会检查逻辑地址是否有效，即是否在当前进程的地址空间中。如果逻辑地址越界或者无效，操作系统会触发缺页异常并将其交给内核处理。

因此，分页技术本身已经包含了地址检查的过程，无需再进行额外的地址检查。操作系统通过页表维护逻辑地址和物理地址之间的映射关系，并且在页表中记录每个页的属性信息，包括是否存在、是否可读写等。当程序访问一个逻辑地址时，操作系统会根据页表查询对应的物理地址和相应的属性信息，然后进行访问操作。如果逻辑地址无效或者对应的页不存在，操作系统会触发缺页异常并执行相应的异常处理程序。因此，分页技术可以有效地避免地址越界和非法访问等问题。

相关问题

为什么操作系统中分段要进行地址检查，分页不需要

操作系统中分段要进行地址检查的原因是，分段机制将地址空间分为不同的段，每个段的大小和位置都可以不同，因此需要检查每个地址是否属于合法的段，以防止非法访问。如果不进行地址检查，可能会导致程序崩溃或系统崩溃。

而分页机制将地址空间分为大小相等的页，每个页的大小都是固定的，因此不需要进行地址检查。如果程序访问了不存在的页或者非法的页，硬件会自动触发一个“缺页中断”，操作系统会将缺失的页装入内存并重新执行程序。因此，分页机制可以提高系统的性能和可靠性。

8．操作系统采用分页式存储管理方式，其中每个页面大小为64Byte，操作系统的物理地址和逻辑地址的寻址空间为64KB，由16位二进制位组成。采用两级页表的分页管理方式，包括一级页表和二级页表。 (1)请问上述分配方式下一级页表和二级页表的逻辑地址的bit？一级页表和二级页表的大小以及页表占用的存储空间大小？ (2)请画出一级页表和二级页表逻辑地址结构图(简单解释一下一级页表和二级页表项里面有啥) (3)为加快操作系统的对内存的访问速度，引入TLB机制，请问TLB是如何加快操作系统对内存的访问速度的？

(1) 由于每个页面大小为64Byte，因此每个页面的偏移量需要6位二进制位来表示。操作系统的物理地址和逻辑地址寻址空间为64KB，即2^16Byte，因此需要16位二进制位来表示。因为采用两级页表的分页管理方式，所以可以将16位逻辑地址分为两部分，一部分用于访问一级页表，另一部分用于访问二级页表。因此，一级页表需要10位二进制位来表示，而二级页表需要6位二进制位来表示。每个页表项需要记录页面的物理地址，因此每个页表项需要占用6位二进制位。因此，一级页表和二级页表的大小均为2^10个和2^6个，页表占用的存储空间大小为2^10*6bit=60Byte和2^6*6bit=24Byte。

(2) 一级页表和二级页表逻辑地址结构图如下：

一级页表逻辑地址结构图：

|--------10位--------|--------6位--------|
| 一级页表索引 | 页内偏移量 |

二级页表逻辑地址结构图：

|--------10位--------|--------6位--------|
| 一级页表索引 | 二级页表索引 | 页内偏移量 |

一级页表项包含了指向二级页表的指针，而二级页表项包含了页面的物理地址。

(3) TLB（Translation Lookaside Buffer）是一种高速缓存，用于存储最近访问过的页表项，以加快操作系统对内存的访问速度。当操作系统需要访问某个页面时，首先会检查TLB中是否已经存在该页面的页表项。如果存在，操作系统就可以直接从TLB中获取该页表项，而不需要访问内存中的页表。这样可以大大减少访问内存的次数，从而提高了操作系统对内存的访问速度。如果TLB中不存在该页表项，操作系统就需要访问内存中的页表来获取页面的物理地址。在访问完毕后，操作系统会将该页表项加载到TLB中，以便下次访问时直接从TLB中获取。