目录
🍓基本地址变换机构
🍒对页表项大小的进一步探讨
🥭具有快表的地址变换机构
🌽 什么是快表（TLB）
🥕引入快表后，地址的变换过程
🥒局部性原理
🍉两级页表
🧅单级页表存在的问题
🍍如何解决单级页表的问题？
问题一：
🍅1. 两级页表的原理、地址结构
🥝 2. 如何实现地址变换
问题二：
🍆 1. 需要注意的几个细节
🍪基本分段存储管理方式
🥥 分段
🍦段表
🧊地址变换
🍋 分段、分页管理的对比
🍎段页式管理方式
🧀 分页、分段的优缺点分析
🧇 分段+分页=段页式管理
🌮段页式管理的逻辑地址结构
🍞段表、页表
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🍓基本地址变换机构
- 结合上一小节理解基本地址变换机构（用于实现逻辑地址到物理地址转换的一组硬件机构）的原理和流程
- 基本地址变换机构可以借助进程的页表将逻辑地址转换为物理地址。
- 通常会在系统中设置一个页表寄存器（PTR），存放页表在内存中的起始地址F和页表长度M。
- 进程未执行时，页表的始址 和 页表长度放在进程控制块（PCB）中，当进程被调度时，操作系统内核会把它们放到页表寄存器中。
- 注意：页面大小是2的整数幂
- 设页面大小为L，逻辑地址A到物理地址E的变换过程如下：
- ①计算页号 P 和页内偏移量W（ 如果用十进制数手算，则 P=A/L，W=A%L；但是在计算机实际运行时，逻辑地址结构是固定不变的，因此计算机硬件可以更快地得到二进制表示的页号、页内偏移量）
- ②比较页号P 和页表长度M，若 P≥M，则产生越界中断，否则继续执行。（注意：页号是从0开始的，而页表长度至少是1，因此 P=M 时也会越界）
- ③页表中页号P对应的页表项地址 = 页表起始地址F + 页号P * 页表项长度，取出该页表项内容b，即为内存块号。（注意区分页表项长度、页表长度、页面大小的区别。页表长度指的是这个页表中总共有几个页表项，即总共有几个页；页表项长度指的是每个页表项占多大的存储空间；页面大小指的是一个页面占多大的存储空间）
- ④计算E = b * L + W，用得到的物理地址E 去访存。（如果内存块号、页面偏移量是用二进制表示的，那么把二者拼接起来就是最终的物理地址了）
- 动手验证：假设页面大小 L = 1KB，最终要访问的内存块号b = 2，页内偏移量W= 1023。
①尝试用 E = b * L + W 计算目标物理地址。
②尝试把内存块号、页内偏移量用二进制表示，并把它们拼接起来得到物理地址。
对比①、②的结果是否一致。
🍒对页表项大小的进一步探讨
每个页表项的长度是相同的，页号是“隐含”的
- 结论：理论上，页表项长度为 3B 即可表示内存块号的范围，但是，为了方便页表的查询，常常会让一个页表项占更多的字节，使得每个页面恰好可以装得下整数个页表项。
🥭具有快表的地址变换机构
🌽 什么是快表（TLB）
- 快表，又称联想寄存器（TLB， translation lookaside buffer ），是一种访问速度比内存快很多的高速缓存（ TLB不是内存！ ），用来存放最近访问的页表项的副本，可以加速地址变换的速度。
- 与此对应，内存中的页表常称为慢表。
🥕引入快表后，地址的变换过程
① CPU给出逻辑地址，由某个硬件算得页号、页内偏移量，将页号与快表中的所有页号进行比较。
② 如果找到匹配的页号，说明要访问的页表项在快表中有副本，则直接从中取出该页对应的内存块号，再将内存块号与页内偏移量拼接形成物理地址，最后，访问该物理地址对应的内存单元。因此，若快表命中，则访问某个逻辑地址仅需一次访存即可。
③ 如果没有找到匹配的页号，则需要访问内存中的页表，找到对应页表项，得到页面存放的内存块号，再将内存块号与页内偏移量拼接形成物理地址，最后，访问该物理地址对应的内存单元。因此，若快表未命中，则访问某个逻辑地址需要两次访存（注意：在找到页表项后，应同时将其存入快表，以便后面可能的再次访问。但若快表已满，则必须按照一定的算法对旧的页表项进行替换）
由于查询快表的速度比查询页表的速度快很多，因此只要快表命中，就可以节省很多时间。因为局部性原理，一般来说快表的命中率可以达到 90% 以上。
🥒局部性原理
🍉两级页表
🧅单级页表存在的问题
- 根据局部性原理可知，很多时候，进程在一段时间内只需要访问某几个页面就可以正常运行了。因此没有必要让整个页表都常驻内存。
🍍如何解决单级页表的问题？
问题一：
页表必须连续存放，因此当页表很大时，需要占用很多个连续的页框。
- 把页表再分页并离散存储，然后再建立一张页表记录页表各个部分的存放位置，称为 页目录表，或称 外层页表，或称 顶层页表
🍅1. 两级页表的原理、地址结构
🥝 2. 如何实现地址变换
问题二：
没有必要让整个页表常驻内存，因为进程在一段时间内可能只需要访问某几个特定的页面。
🍆 1. 需要注意的几个细节
🍪基本分段存储管理方式
🥥 分段
- 进程的地址空间：按照程序自身的逻辑关系划分为若干个段，每个段都有一个段名（在低级语言中，程序员使用段名来编程），每段从0开始编址
- 内存分配规则：以段为单位进行分配，每个段在内存中占据连续空间，但各段之间可以不相邻
🍦段表
问题：程序分多个段，各段离散地装入内存，为了保证程序能正常运行，就必须能从物理内存中找到各个逻辑段的存放位置。为此，需为每个进程建立一张段映射表，简称“段表”。
🧊地址变换
🍋 分段、分页管理的对比
- 页 是信息的物理单位。分页的主要目的是为了实现离散分配，提高内存利用率。分页仅仅是系统管理上的需要，完全是系统行为，对用户是不可见的。
- 段 是信息的逻辑单位。分段的主要目的是更好地满足用户需求。一个段通常包含着一组属于一个逻辑模块的信息。分段对用户是可见的，用户编程时需要显式地给出段名。
- 页的大小固定且由系统决定。段的长度却不固定，决定于用户编写的程序。
- 分页 的用户进程地址空间是一维的，程序员只需给出一个记忆符即可表示一个地址。
- 分段 的用户进程地址空间是二维的，程序员在标识一个地址时，既要给出段名，也要给出段内地址。
- 分段
- 访问一个逻辑地址需要几次访存？
- 分页（单级页表）：第一次访存——查内存中的页表，第二次访存——访问目标内存单元。总共两次访存
- 分段：第一次访存——查内存中的段表，第二次访存——访问目标内存单元。总共两次访存与分页系统类似，分段系统中也可以引入快表机构，将近期访问过的段表项放到快表中，这样可以少一次访问，加快地址变换速度
🧀 分页、分段的优缺点分析
🧇 分段+分页=段页式管理
🌮段页式管理的逻辑地址结构
🍞段表、页表
