2.6.2 页式存储

本课核心知识点整理

本节导学

页式存储是 2.6 中最容易出计算题的部分。它把用户程序逻辑空间划分成固定大小的页，把主存划分成同样大小的页框/页帧。程序页被调入主存后，逻辑页号与物理页帧号的对应关系记录在页表中。

地址转换时，逻辑地址已知，目标是求物理地址。核心规则是：页号查页表得到页帧号，页内地址保持不变。

页表记录什么

页表记录的是“逻辑页号 -> 物理页帧号”的映射。一个程序的第 0 页、第 1 页、第 2 页不一定连续放在主存中，所以不能直接把逻辑页号当成物理页帧号，必须查页表。

页式存储带来的好处是便于离散分配，减少外部碎片；代价是需要页表管理，地址转换多了一次查表，页面大小还会带来内部碎片问题。

页内地址长度由页面大小决定

以 4KB 页面为例：

• 4KB = 4096B = 212。
• 若按字节编址，页内地址需要 12 位。
• 编号范围是 0 到 4095。

一般地，如果页面大小为 $2^k$ 字节，且按字节编址，则页内地址需要 $k$ 位。常见换算：

页面大小	字节数	页内地址位数
1KB	$2^{10}$	10
2KB	$2^{11}$	11
4KB	$2^{12}$	12
8KB	$2^{13}$	13

地址转换规则

逻辑地址 = 页号 + 页内地址
页号查页表 -> 页帧号
物理地址 = 页帧号 + 页内地址

页内地址保持不变。

如果题目给十进制逻辑地址和页大小，也可以用除法拆：

$$\text{页号}=\lfloor \frac{\text{逻辑地址}}{\text{页大小}}\rfloor$$$$\text{页内地址}=\text{逻辑地址}mod\text{页大小}$$

如果题目给二进制地址和页面大小，则低 $k$ 位是页内地址，高位是页号。

页面置换和淘汰

页式存储还涉及缺页中断、访问位、修改位和页面淘汰原则：

• 访问位为 0 的页面优先淘汰。
• 多个访问位为 0 时，优先淘汰修改位为 0 的页面。
• 修改位为 1 的页面淘汰成本更高，因为可能要写回。

缺页中断表示要访问的页当前不在主存，需要从外存调入。如果主存没有空闲页框，就要选择某个页面淘汰。访问位反映近期是否被访问，修改位反映淘汰时是否需要写回外存。访问位为 0 且修改位为 0 的页面，淘汰代价通常最低。

做题路线

1. 先把页面大小换成 $2^k$，确定页内地址位数。
2. 拆逻辑地址：高位为页号，低 $k$ 位为页内地址；十进制题用商和余数。
3. 用页号查页表，得到页帧号。
4. 物理地址由页帧号和原页内地址组成。
5. 页面淘汰题先看访问位，再看修改位；修改位为 1 的页面淘汰成本更高。

例题

单选

页式地址转换的核心规则是：

A页内地址不变，页号查页表得到页帧号B页号不变，页内地址查页表C页号和页内地址都丢弃D直接把逻辑地址当物理地址

单选

页面大小为 4KB，按字节编址，页内地址需要：

A8位B10位C12位D16位

单选

按本节的页面淘汰原则，优先淘汰：

A修改位为1优先B访问位为0优先C页号最大优先D页内地址最大优先

自查要点

1. 为什么 4KB 页内地址是 12 位？
2. 页号和页帧号的对应关系在哪里？
3. 为什么修改位为 1 的页面淘汰成本更高？