操作系统基本分页存储管理概念思维导图：非连续分配思维导图
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思维导图大纲
操作系统基本分页存储管理概念思维导图：非连续分配
非连续分配概述
核心思想
- 进程可分散装入不连续内存分区
- 以页为单位划分逻辑与物理空间
- 通过页表建立虚实地址映射关系
- 克服连续分配的内存碎片问题
对比连续分配
- 连续分配要求整块内存空间
- 非连续分配允许物理块离散分布
- 分页引入页表增加地址转换开销
- 分页提升内存利用率与分配灵活性
分页存储基本概念
页面与页框
- 逻辑地址空间划分为等长页面
- 物理内存划分为等大页框或物理块
- 页面与页框大小保持一致
- 页面大小通常为二的整数次幂
地址结构
- 逻辑地址由页号与页内偏移组成
- 页号用于索引页表项
- 页内偏移表示页内相对位置
- 物理地址由页框号与页内偏移拼接
页表
- 页表记录页号到页框号的映射
- 每个进程拥有独立页表
- 页表项还包含状态与保护位
- 页表通常存放在内存中
地址变换过程
基本地址变换
- 从逻辑地址中分离页号与偏移
- 以页号查页表获得页框号
- 页框号与页内偏移拼接成物理地址
- 访问内存需先查页表再取数据
页表寄存器
- 存放页表起始地址与页表长度
- 页号越界时触发越界中断
- 进程切换时更新页表寄存器
- 支持多进程页表切换与隔离
有效访问时间
- 查页表与访问数据均需访存
- 两次访存导致性能下降
- 引入快表可减少访存次数
- 快表命中时仅需一次访存
快表与性能优化
快表原理
- 快表是高速缓存中的页表副本
- 存放最近访问的页表项
- 按内容并行查找提高速度
- 命中则直接得到页框号
快表工作流程
- 先查快表判断是否命中
- 命中则拼接物理地址
- 未命中则查内存页表并更新快表
- 替换策略影响命中率
性能影响因素
- 快表命中率决定平均访存时间
- 页面大小影响页表项数量
- 程序局部性影响快表效果
- 快表容量与替换算法相关
页表结构与管理
多级页表
- 页表过大时采用分级结构
- 顶级页表指向下级页表
- 减少连续内存需求
- 支持稀疏地址空间映射
反置页表
- 以物理页框为单位建立表项
- 表项记录页框对应进程与页号
- 减少页表占用内存空间
- 查找需遍历或哈希加速
页表项字段
- 页框号用于定位物理块
- 有效位表示页面是否在内存
- 访问位与修改位辅助置换
- 保护位控制读写执行权限
内存分配与置换
页面分配
- 进程运行时按需分配页框
- 空闲页框链管理可用物理块
- 页表项记录分配状态
- 缺页时触发缺页中断处理
页面置换
- 内存不足时选择页面换出
- 常用置换算法有先进先出与最近最久未使用
- 置换需考虑修改位减少写回
- 置换算法影响缺页率
缺页处理
- 访问页面不在内存时产生缺页
- 操作系统选择空闲页框或置换
- 从外存调入页面并更新页表
- 重新执行被中断的指令
知识梳理与考研要点
核心概念辨析
- 分页与分段在划分依据上不同
- 页表与快表在存储层次上不同
- 逻辑地址与物理地址转换关系
- 页内偏移在变换中保持不变
常见计算类型
- 逻辑地址结构划分页号与偏移
- 页表项数量与页面大小关系
- 多级页表索引位数计算
- 有效访问时间与快表命中率
复习方法建议
- 用思维导图串联概念与流程
- 对比连续分配加深理解
- 动手推导地址变换步骤
- 结合真题练习计算与分析
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