页式存储管理：逻辑地址与页表机制

"该资源是关于操作系统的课件，主要讲解了存储管理的相关知识，特别是逻辑地址被分为页号和页内位移的页式存储管理机制。内容涵盖了程序的装入、链接、连续分配存储管理、离散分配方式、分页和分段存储管理，以及页式存储管理的细节，包括页表、空闲块表、地址变换机构、页面大小选择和快表技术。此外，还提到了大型地址空间下的多级页表解决方案。" 在操作系统中，存储管理是至关重要的一个部分，它涉及到如何有效地利用有限的内存资源。本课件特别关注了页式存储管理，这是一种将逻辑地址空间划分为固定大小的页，并在物理内存中以不连续的方式分配这些页的方法。逻辑地址通常被分为两部分：页号和页内位移。以逻辑地址1500为例，其二进制表示为0000 0101 1101 1100，如果页大小为1024字节（即2的10次方字节），那么页内位移占10位，剩余的6位作为页号，因此逻辑地址1500对应的页号为1，页内位移为476。 页式存储管理的核心是页表，它是一个从页号映射到内存中相应物理块号的数据结构。每个进程都有自己的页表，而空闲块表则用于跟踪内存中未分配的存储块。为了加快地址转换速度，通常会使用快表（也称为TLB，Translation Lookaside Buffer），它是一个小型的高速缓存，存储最近使用的页表项，以减少访问内存的次数。 页面大小的选择直接影响到系统性能。页面太小可能导致内存碎片，而页面过大则可能导致页表过长，占用过多内存。通常，页面大小在512字节到4兆字节之间。对于大型的逻辑地址空间，如32位或64位系统，单级页表可能无法容纳所有的页表项，因此需要采用两级或多级页表结构，如SUN SPARC的三级页表和Motorola 68032的四级页表设计。 通过这样的页式存储管理，操作系统能够有效地管理内存，提供给进程连续的逻辑地址空间，同时在物理内存中实现离散分配，从而减少内存碎片并提高存储效率。这种机制在现代操作系统中广泛使用，是理解操作系统内存管理的关键概念。