0
00:00:00,000 --> 00:00:06,600


1
00:00:06,680 --> 00:00:10,440
接下来我们讲页式存储管理

2
00:00:10,480 --> 00:00:11,600
那在这里呢 

3
00:00:11,640 --> 00:00:12,680
需要首先说清楚

4
00:00:12,720 --> 00:00:14,720
什么是页式存储管理

5
00:00:14,760 --> 00:00:16,640
它的基本概念是些什么

6
00:00:16,800 --> 00:00:18,280
第二个呢是说 

7
00:00:18,320 --> 00:00:19,960
因为在页式存储管理当中

8
00:00:20,000 --> 00:00:22,640
它的地址映射或者地址转换

9
00:00:22,680 --> 00:00:25,680
是如何进行的

10
00:00:25,720 --> 00:00:27,320
那在页式存储管理当中呢 

11
00:00:27,360 --> 00:00:29,280
它把物理的页面

12
00:00:29,320 --> 00:00:30,640
物理的地址空间

13
00:00:30,680 --> 00:00:33,920
分成的基本单位叫页帧

14
00:00:33,960 --> 00:00:36,200
或者叫帧 frame

15
00:00:36,240 --> 00:00:40,360
那这个大小呢是2的n次幂

16
00:00:40,400 --> 00:00:42,160
为什么这里头会是2的n次幂呢

17
00:00:42,200 --> 00:00:44,640
原因在于 我们要在这个

18
00:00:44,680 --> 00:00:46,400
地址转换的过程当中

19
00:00:46,440 --> 00:00:48,840
让这个转换的过程比较方便

20
00:00:48,880 --> 00:00:51,680
那在计算机里呢二进制的移位

21
00:00:51,720 --> 00:00:53,080
是做乘法的一个

22
00:00:53,120 --> 00:00:56,200
非常重要的快速的一个因素

23
00:00:56,240 --> 00:00:57,600
所以在这儿 一定要求

24
00:00:57,640 --> 00:00:59,480
它是2的整数次幂

25
00:00:59,520 --> 00:01:02,440
比如说我们现在在32位机器里头

26
00:01:02,480 --> 00:01:07,000
4K 4096 是我们常见的一种页帧的大小

27
00:01:07,040 --> 00:01:10,720
与此同时 逻辑地址空间里

28
00:01:10,760 --> 00:01:14,160
也要分成大小相同的基本单位

29
00:01:14,200 --> 00:01:16,960
这就是页page

30
00:01:17,000 --> 00:01:19,120
frame和page之间的区别是在于

31
00:01:19,160 --> 00:01:22,560
一个用来描述逻辑页面

32
00:01:22,600 --> 00:01:25,960
一个用来描述物理页帧

33
00:01:26,000 --> 00:01:29,240
好 有了这两个基本的划分之后

34
00:01:29,280 --> 00:01:30,640
那就有一个问题

35
00:01:30,680 --> 00:01:34,160
页面到页帧之间的转换如何进行

36
00:01:34,200 --> 00:01:37,800
这个转换呢它就涉及到一个页表

37
00:01:37,840 --> 00:01:41,520
那我在这里保存这个转换关系

38
00:01:41,560 --> 00:01:43,000
有了这个转换关系之后

39
00:01:43,040 --> 00:01:45,560
如何让这个转换能够高效地进行

40
00:01:45,600 --> 00:01:48,760
那就是我们这里的MMU和TLB

41
00:01:48,800 --> 00:01:52,440
是存储管理单元和快表

42
00:01:52,480 --> 00:01:56,360
那下面呢我们依次来进行介绍

43
00:01:56,400 --> 00:02:01,240
页帧是我们对物理内存基本块的名称

44
00:02:01,280 --> 00:02:02,920
下面我们用一个示意图

45
00:02:02,960 --> 00:02:08,360
来描述页帧号和帧的偏移

46
00:02:08,400 --> 00:02:10,600
那么在这里头我们看到

47
00:02:10,640 --> 00:02:12,760
这是我们的物理地址空间

48
00:02:12,800 --> 00:02:17,000
我们把物理地址

49
00:02:17,040 --> 00:02:18,920
组织成一个二元组

50
00:02:18,960 --> 00:02:23,480
f表示frame你的帧的帧号

51
00:02:23,520 --> 00:02:25,720
然后O表示偏移量 

52
00:02:25,760 --> 00:02:27,800
在你页内的偏移量

53
00:02:27,840 --> 00:02:30,320
那地址呢我就把它分成两段

54
00:02:30,360 --> 00:02:36,800
S是帧的位数

55
00:02:36,840 --> 00:02:40,080
那剩下的呢是页号的长度

56
00:02:40,120 --> 00:02:41,760
那在这里头呢

57
00:02:41,800 --> 00:02:45,800
我们说它的一个地址转换是什么

58
00:02:45,840 --> 00:02:50,400
我数页数f 然后在页内数偏移

59
00:02:50,440 --> 00:02:52,440
这对应到我们这个地方

60
00:02:52,480 --> 00:02:55,760
我先用f去数它到底是第几帧

61
00:02:55,800 --> 00:02:59,120
然后在帧内 去看它的偏移

62
00:02:59,160 --> 00:03:00,840
是后面这个O

63
00:03:00,880 --> 00:03:02,080
用这种方式 

64
00:03:02,120 --> 00:03:04,320
我们就可以得到每一个

65
00:03:04,360 --> 00:03:06,200
物理内存当中的存储单元

66
00:03:06,240 --> 00:03:07,320
它所在的位置

67
00:03:07,360 --> 00:03:13,800
它所对应的帧的表示 二元组表示

68
00:03:13,840 --> 00:03:15,880
好 那么有了这个基本的示意之后

69
00:03:15,920 --> 00:03:18,560
我们看一个实际的计算过程

70
00:03:18,600 --> 00:03:19,800
那在实际计算之前呢

71
00:03:19,840 --> 00:03:23,200
我们需要假定你的地址空间是16位的

72
00:03:23,240 --> 00:03:26,040
然后它的页的大小是512字节

73
00:03:26,080 --> 00:03:27,600
就是2的9次方

74
00:03:27,640 --> 00:03:28,520
有了这个之后

75
00:03:28,560 --> 00:03:30,880
我们来看一个实际的计算

76
00:03:30,920 --> 00:03:33,960
这是一个地址

77
00:03:34,000 --> 00:03:36,040
首先我把它分成两段

78
00:03:36,080 --> 00:03:41,080
1到9这是第一段 然后10到16

79
00:03:41,120 --> 00:03:43,560
然后表示成一个二元组呢

80
00:03:43,600 --> 00:03:46,640
这前面是3 后边是6

81
00:03:46,680 --> 00:03:48,360
那这时候它对应的位置在哪呢

82
00:03:48,400 --> 00:03:51,400
我们来说从这儿数到3 然后这一格里头

83
00:03:51,440 --> 00:03:54,080
一帧里头我数它偏移量是6

84
00:03:54,120 --> 00:03:57,200
那这过程什么样呢 在这儿进行计算

85
00:03:57,240 --> 00:04:02,280
需要知道你的S就是一帧的长度

86
00:04:02,320 --> 00:04:07,080
它是2的9次方 512字节

87
00:04:07,120 --> 00:04:09,680
前面是帧号的位数

88
00:04:09,720 --> 00:04:11,280
好 这两个数搁到里头

89
00:04:11,320 --> 00:04:13,000
去这边就能算出来

90
00:04:13,040 --> 00:04:15,360
它实际计算过程呢是这俩加起来

91
00:04:15,400 --> 00:04:17,760
最后得到这样一个结果

92
00:04:17,800 --> 00:04:21,840
逻辑地址空间的划分和

93
00:04:21,880 --> 00:04:25,040
物理地址空间的划分是类似的

94
00:04:25,080 --> 00:04:27,400
那划分成大小相等的

95
00:04:27,440 --> 00:04:29,760
这时候呢页内的偏移和

96
00:04:29,800 --> 00:04:31,760
帧内的偏移它俩是一样的

97
00:04:31,800 --> 00:04:33,640
但是页号和帧号

98
00:04:33,680 --> 00:04:35,120
通常情况下是不一样的

99
00:04:35,160 --> 00:04:37,120
因为我们逻辑地址空间的

100
00:04:37,160 --> 00:04:40,320
它的页号是连续的

101
00:04:40,360 --> 00:04:42,640
到对应的帧号呢它就不一定

102
00:04:42,680 --> 00:04:45,040
也是相邻的

103
00:04:45,080 --> 00:04:47,440
好 那我们下面跟那边一样的

104
00:04:47,480 --> 00:04:51,960
我们还是逻辑地址空间和逻辑地址

105
00:04:52,000 --> 00:04:54,000
我们也把它划分成一个二元组

106
00:04:54,040 --> 00:04:58,040
这个二元组的表示呢是P表示页号

107
00:04:58,080 --> 00:05:01,520
O表示页内偏移

108
00:05:01,560 --> 00:05:03,720
页内偏移长度

109
00:05:03,760 --> 00:05:06,320
和页的大小是一致的

110
00:05:06,360 --> 00:05:10,920
S位对应着它有2的s次方个字节为一页

111
00:05:10,960 --> 00:05:16,160
然后 页号呢实际上是前面这一段

112
00:05:16,200 --> 00:05:18,120
这个时候你逻辑地址空间

113
00:05:18,160 --> 00:05:19,560
的转换怎么来进行呢

114
00:05:19,600 --> 00:05:24,720
那是P左移S位然后加上O得到

115
00:05:24,760 --> 00:05:28,040
你访问的存储单元的位置

116
00:05:28,080 --> 00:05:29,520
有了这两个之后 

117
00:05:29,560 --> 00:05:33,280
那我们就有一个逻辑地址

118
00:05:33,320 --> 00:05:35,520
到物理地址转换的问题 

119
00:05:35,560 --> 00:05:37,040
那这个转换呢 

120
00:05:37,080 --> 00:05:39,760
它在逻辑地址空间里头

121
00:05:39,800 --> 00:05:41,760
它的页号是连续的

122
00:05:41,800 --> 00:05:45,160
我从零开始到指定的位置

123
00:05:45,200 --> 00:05:46,840
但是到物理地址空间里呢

124
00:05:46,880 --> 00:05:48,800
帧号呢它是不连续的

125
00:05:48,840 --> 00:05:55,160
我这边存到的是p1对应的是f1在这儿

126
00:05:55,200 --> 00:05:58,960
p2对应的f2在这儿

127
00:05:59,000 --> 00:06:01,960
好这两者之间这个对应怎么来进行呢

128
00:06:02,000 --> 00:06:03,680
那这就是我们说到的

129
00:06:03,720 --> 00:06:05,240
中间要有一个对应的表

130
00:06:05,280 --> 00:06:08,240
这个表呢就是页表

131
00:06:08,280 --> 00:06:10,800
好 在页表里头它怎么来做呢

132
00:06:10,840 --> 00:06:14,840
逻辑地址空间里的页号是p

133
00:06:14,880 --> 00:06:17,680
物理地址空间里的帧号是f

134
00:06:17,720 --> 00:06:19,840
这两个对应如何进行呢

135
00:06:19,880 --> 00:06:21,560
那我们通过一条指令

136
00:06:21,600 --> 00:06:24,480
执行的过程来展示它

137
00:06:24,520 --> 00:06:27,560
这是你的程序在CPU里头执行

138
00:06:27,600 --> 00:06:28,720
那执行的时候呢 

139
00:06:28,760 --> 00:06:33,360
它得到的地址是表示为p o

140
00:06:33,400 --> 00:06:36,120
逻辑页号和页内偏移 

141
00:06:36,160 --> 00:06:42,200
然后用这个P到页表里去找它对应的f

142
00:06:42,240 --> 00:06:45,080
这个页表保存了

143
00:06:45,120 --> 00:06:48,640
逻辑页号到物理页号之间的对应关系

144
00:06:48,680 --> 00:06:51,160
好 这个表在哪呢

145
00:06:51,200 --> 00:06:54,640
这个表 它由页表基址

146
00:06:54,680 --> 00:06:56,560
来指定它的开始位置

147
00:06:56,600 --> 00:06:59,880
然后你用页号作为你的下标

148
00:06:59,920 --> 00:07:04,720
去查这个数组就能找到相应的页表项

149
00:07:04,760 --> 00:07:07,040
那每一个页表项呢有一个固定的长度

150
00:07:07,080 --> 00:07:09,200
那这个时候呢我们在这个

151
00:07:09,240 --> 00:07:13,960
帧号呢是页表项里头的存的字段之一

152
00:07:14,000 --> 00:07:16,640
有了这个之后 我就把这F和

153
00:07:16,680 --> 00:07:19,480
你这个页内偏移和帧内偏移是一样的

154
00:07:19,520 --> 00:07:21,000
把它俩加在一起

155
00:07:21,040 --> 00:07:24,000
得到你的实际的物理地址

156
00:07:24,040 --> 00:07:25,560
那这个转换呢 

157
00:07:25,600 --> 00:07:29,800
由于我们刚才说每一页的

158
00:07:29,840 --> 00:07:32,720
每帧的大小是2的n次方

159
00:07:32,760 --> 00:07:35,000
那这时候呢这俩加在一起呢

160
00:07:35,040 --> 00:07:39,120
实际上就把你的f左移S位

161
00:07:39,160 --> 00:07:43,240
把后边的这个页内偏移加在一起

162
00:07:43,280 --> 00:07:44,840
这个加法很容易做

163
00:07:44,880 --> 00:07:46,720
好 就会找到你的页号了

164
00:07:46,760 --> 00:07:46,800