页式存储管理：解决内存碎片与连续存储问题

"页式存储管理是操作系统中解决内存分配和管理的一种有效策略，它通过将内存和进程的逻辑地址空间划分为固定大小的页来缓解连续内存需求的问题。这种方法不仅有助于减少内存碎片，还能提高内存利用率。 在传统的连续内存分配方式中，如固定分区和可变分区，常常会遇到内零头碎片和外零头碎片，导致内存空间浪费。页式存储管理通过不连续存储的方式解决了这个问题。每个进程的内存需求被分解成多个小块，即页面，这些页面可以在内存中分散存放，而不需要连续的空间。这样，即使进程需要大量的内存，也可以通过组合多个页框来满足，避免了大片连续内存的需求。 在页式系统中，每个页面和页框都有唯一的编号，页号用于标识页面在逻辑地址空间中的位置，页内偏移量则指示页面内的相对位置。例如，如果地址总线为32位，页面大小为12位（4KB），那么页面总数为1M，页号占用20位，页内偏移量占用12位。 为了实现页面到物理地址的映射，系统使用页表，这是一个存储在内存中的数据结构，包含了每个页面对应的页框号。页表中通常包含页号、页框号以及可能的权限和其他信息。此外，还可能有空闲分区表，用于跟踪内存的使用情况，例如通过位示图或空闲页面链表来管理。 动态地址重定位是页式系统的关键特性之一。当进程运行时，硬件中的页表寄存器会保存当前进程页表的内存起始地址，使得处理器能够快速地进行逻辑地址到物理地址的转换。页号通过逻辑地址除以页框大小得到，偏移量则为逻辑地址的余数部分，这样就可以确定实际的内存位置。 为了实现页面的共享和保护，页表还可以包含访问控制标志，允许操作系统控制对特定页面的读、写和执行权限。多级页表和反置页表则是应对大量页面和有效利用内存空间的优化手段。多级页表将单个大页表拆分成多个小页表，减少了页表占用的内存；反置页表则将页表结构反转，以页框号为索引，查找对应的页号，有利于在多进程环境下提高效率。 页式存储管理通过不连续分配、动态地址重定位、页表和辅助数据结构，有效地解决了大内存需求的问题，减少了内存碎片，并提高了内存的使用效率。"