虚拟存储管理：分页与分段详解

"虚拟存储管理，分页存储，页框，页面，页表，分页逻辑地址结构，快表，多级页表，反置页表，分段存储，段表，段逻辑地址结构，物理地址计算，分页式管理页表实践，虚拟内存问题" 在虚拟存储管理中，分页存储是一种重要的内存管理技术，它的主要目的是简化内存管理并提高内存利用率。分页借鉴了固定分区的等长管理和可变分区的动态分配思想，将物理内存空间划分为固定大小的页框，同时将程序逻辑地址空间分割成与页框大小相同的页面。页面的编号通常是从0开始的，而页框是物理内存中实际存储数据的单元。 页表是分页存储系统中的核心组件，它记录着每个页面对应的物理页框号。通过页表，系统能够快速找到逻辑地址对应的物理地址。逻辑地址由页号和页内偏移量组成，其中页号是页面的编号，页内偏移量是页面内部的地址。物理地址则等于页框号乘以页框大小加上页内偏移量。 为了加速地址转换，系统可能引入快表，它是一个存放在高速缓存中的页表部分，可以快速查找到常用页面的映射信息。快表的使用减少了访问主存页表的次数，提高了系统性能。 多级页表和反置页表的设计是为了应对大量页面和页框的映射问题。多级页表将原本单一的页表分解成多个层次，减少了每个页表项所需的内存空间。反置页表则是为了方便查找任意一个页框对应的所有页面，这对于支持多个进程共享同一页面非常有用。 分段存储是另一种内存管理方式，旨在按照程序的逻辑结构划分内存，便于代码和数据的共享。每个段代表程序的一个独立部分，拥有自己的段号和在内存中的起始地址。段表记录了这些信息，使得系统可以根据段号找到段的起始位置，然后加上段内偏移量计算出物理地址。 在实际应用中，例如在分页式管理中，可以通过给定的页表信息计算逻辑地址对应的物理地址。例如，对于页框大小为1KB的情况，1023的逻辑地址对应于第0页，页内偏移量为1023，物理地址为0*1024+1023；1024的逻辑地址位于第1页的末尾，物理地址为3*1024+0；3000的逻辑地址对应于第2页，页内偏移量为952，物理地址为1*1024+952。 虚拟内存的问题源于物理内存容量限制。当进程的内存需求超过物理内存时，操作系统会采用虚拟内存技术，即将部分不活跃的页面换出到硬盘上的交换空间，腾出内存供其他进程使用。这样，即使程序大小超过实际内存，也能运行。然而，这也带来了挑战，如大程序无法运行和大量等待交换的页面可能导致系统性能下降。