頁式虛存組織

頁式虛存組織是一種電腦編程程式里的分頁結構。

基本思想

在 本 章 的 第 二 小 節 介 紹 了 分 區 存 儲 管 理 ， 一 般 都 建 立 在 作 業 地 址 空 間 裝 入 主 存 的 一 個 連 續 分 區 中 去 。 這 樣 會 造 成 零 頭 ， 而 為 了“ 緊 縮” 存 儲 空 間 ， 帶 來 開 銷 大 、 代 價 高 。 而 且 ， 正 在 進 行 I/O 數 據 交 換 的 程 序 不 能 搬 家 。 多 重 分 區 不 失 為 一 種 好 辦 法 ， 它 解 決 了 作 業 化 整 為 零 地 裝 入 主 存 問 題 。 但 由 於 是 硬 件 實 現 的 ， 零 散 的 程 度 不 夠 ， 只 能 分 為 主 程 序 段 ， 子 程 序 段 等 。 從 而 產 生 了 分 頁 思 想 。

所 謂 分 頁 ， 是 把 主 存 存 儲 空 間 按 大 小 一 定 的塊 劃 分 ， 稱 為 物 理 塊 ， 或 頁 框（page frame ) 。 同 時 按 同 樣 的 尺 寸 去 劃 分 作 業 的 地 址 空 間 ， 形 成 一 個 個 相 等 的 頁 面 ， 稱 為 邏 輯 頁 或 虛 頁 。 分 頁 是 為 了 系 統 管 理 存 儲 器 方 便 而 設 置 的 。 而 從 系 統 外 部 ， 用 戶 眼 中 是 不 可 見 的， 或 者 說 對 用 戶 是 透 明 的 。 一 個 用 戶 作 業 被 劃 分 成 若 乾 個 頁 ， 不 足 一 頁 的 部 分 補 齊 為 一 頁 。 因 此 ， 作 業 可 以 按 頁 為 單 位 ， 零 散 地 放 在 主 存 的 不 連 續 的 頁 框 中 ， 如 何 知 道 一 道 作 業 的 各 個 頁 面 與 哪 些 頁 框 對 應 ， 則 是 通 過 設 置 頁 表 來 實 現 的 。 頁 面 大 小 通 常 在 512 字 節 到 4K 字 節 范 圍 內 選 擇 ， 頁 的 大 小 總 是 2 的 方 冪 。 這 樣 ， 允 許 把 虛 地 址 劃 分 為 頁 號 和 頁 內 位 移 量 兩 個 部 分 。

頁表和地址映照

頁 表 是 以 映 象 方 式 實 現 動 態 再 定 位 的 重 要 工 具 ， 它 可 以 用 硬 件 實 現 ， 也 可 以 在 被 保 留 的 系 統 區 內 實 現 。

在 頁 表 中 每 頁 有 相 應 的 表 目 ， 它 們 分 別 指 出 該 頁 在 主 存 中 的 頁 框 號 。 這 張 頁 表 是 在 作 業 裝 入 主 存 時 由 系 統 根 據 主 存 分 配 情 況 建 立 的 。 頁 表 的 結 構 很 簡 單 ， 表 項 的 序 號 是 頁 號 ， 表 項 的 內 容 是 該 頁 在 內 存 中 的 頁 框 號 ， 地 址 結 構 如 下 ：

頁 內 地 址 即 頁 內 偏 移 量 。 頁 號 首 先 和 頁 表 寄 存 器 中 的 當 前 頁 表 大 小 進 行 比 較 。 如 果 頁 號 太 大 ， 表 明 其 訪 問 越 界 ， 系 統 產 生 相 應 的 中 斷 。 如 果 頁 訪 問 是 合 法 的 ， 則 由 頁 表 起 始 地 址 和 頁 號 ，計 算 出 相 應 相 應 頁 描 述 子 的 位 置 ； 然 後 取 出 該 頁 描 述 子 中 的 頁 框 號 與 邏 輯 地 址 中 的 位 置 相 並 ， 形 成 最 終 訪 問 主 存 的 實 際 地 址 。 如 圖 所 示：

存儲器和快表

如 果 把 頁 表 放 在 主 存 中 ， 會 影 響 系 統 的 性 能 。 這 是 因 為 每 次 訪 問 主 存 都 必 須 訪 問 頁 表 ， 讀 出 頁 描 述 子 ， 之 後 根 據 形 成 的 實 際 地 址 再 訪 問 主 存 ， 這 樣 使 訪 存 的 時 間 加 倍 ， 因 而 使 系 統 處 理 速 度 明 顯 下 降 。 為 了 提 高 查 表 的 速 度 ， 可 在 地 址 變 換 機 構 中 加 入 相 關 存 儲 器 硬 件 ， 構 成 快 表 。 那 么 ，

什麼 是 相 關 存 儲 器

這 是 一 種 按 內 容 進 行 查 找 的 存 儲 器 ， 實 際 上 是 一 組 硬 件 寄 存 器 ， 且 具 有 一 定 的 邏 輯 判 斷 功 能 ， 可 以 實 現 按 內 容 檢 索 。 用 它 來 存 放 作 業 運 行 過 程 中 最 常 用 的 頁 號 及 其 對 應 的 塊 號 ， 每 次 有 訪 問 主 存 要 求 時 ， 首 先 檢 查 快 表 ， 確 定 所 需 頁 描 述 子 是 否 在 其 中 ， 若 在 ， 則 直 接 從 快 表 取 得 頁 描 述 子 ， 快 速 形 成 實 際 地 址 ， 否 則 ， 依 然 從 主 存 頁 表（ 慢 表 ） 中 獲 取 頁 描 述 子 ， 完 成 地 址 轉 換 ， 之 後 系 統 再 把 缺 的 頁 描 述 子 裝 入 快 表 ， 如 果 設 計 得 當 ， 快 表 的 命 中 率 可 以 很 高 。