前言

??本文接著上文虛擬內(nèi)存技術(shù)的實現(xiàn)，虛擬內(nèi)存技術(shù)的三種實現(xiàn)：請求分頁管理方式、請求分段方式、請求段頁管理方式。這三種方式只介紹請求分頁管理方式。
??本文內(nèi)容

1頁表機(jī)制

??回顧請求分頁存儲管理與基本分頁存儲管理的主要區(qū)別：
??(1) 在程序執(zhí)行過程中，當(dāng)所訪問的信息不在內(nèi)存中時，由操作系統(tǒng)負(fù)責(zé)將所需的信息從外存調(diào)入內(nèi)存，然后繼續(xù)執(zhí)行程序。
??(2) 若內(nèi)存空間不夠，由操作系統(tǒng)負(fù)責(zé)將內(nèi)存中暫時用不到的信息換出到外存。
??所以，和基本分頁管理相比，請求分頁管理中，為了實現(xiàn)“請求調(diào)頁”，操作系統(tǒng)需要知道每個頁面是否已經(jīng)調(diào)入內(nèi)存；如果沒有調(diào)入，需要知道該頁面在外存中的哪個地方。
??另一方面，當(dāng)內(nèi)存空間不夠時，要實現(xiàn)“頁面置換”，操作系統(tǒng)需要通過某些指標(biāo)來決定到底換出哪些頁面；有的頁面沒有被修改過，就不用再浪費(fèi)時間寫回外存。有的頁面修改過，就需要將外存中的舊數(shù)據(jù)覆蓋。因此，操作系統(tǒng)也需要記錄各個頁面是否被修改的信息。
??請求分頁管理方式的頁表信息如下：

2 缺頁中斷機(jī)構(gòu)

??假設(shè)在一個請求分頁存儲系統(tǒng)中，頁表和內(nèi)存以及外存信息如下：

從請求頁表中可以看出，此時1號頁和2號頁在內(nèi)存中，而0號頁不在內(nèi)存。以及各個頁面在外存中存放的位置。

??如果此時要訪問一個邏輯地址 = （頁號：頁面號） = （0,1024），為了訪問這個地址，需要查詢請求頁表，缺頁中斷機(jī)構(gòu)就會根據(jù)這個查詢結(jié)果作出是否發(fā)出缺頁中斷指令。如果當(dāng)前要訪問的頁不在內(nèi)存中，缺頁中斷機(jī)構(gòu)會發(fā)出一個缺頁中斷信號，然后由操作系統(tǒng)的缺頁中斷程序處理中斷。
??由于缺頁中斷處理過程需要I/O操作，把頁面從內(nèi)存調(diào)入內(nèi)存，在等待I/O操作完成的過程中，缺頁的進(jìn)程需要被阻塞，放入阻塞隊列，調(diào)頁完成后再將其喚醒，放入就緒隊列。

?? 2.1 存在空閑塊

??如果內(nèi)存中有空閑塊，則為進(jìn)程分配一個空閑塊，將所缺頁面裝入該塊，并修改頁表相應(yīng)的頁表項。
??下圖表示調(diào)入0號頁之后的狀態(tài)：

?? 2.2 不存在空閑塊

??如果內(nèi)存中沒有空閑塊，則由頁面置換算法選擇一個頁面淘汰，若該頁在內(nèi)存期間被修改過，則要將其寫回外存。未修改過的頁面不需要寫回外存。
??對于上例，如果選擇淘汰2號頁，由于2號頁被修改過，所以需要將其寫回外存，之后2號的內(nèi)存空間就可以給0號塊使用。

??缺頁中斷是因為當(dāng)前執(zhí)行的指令想要訪問的目標(biāo)頁面未調(diào)入內(nèi)存而產(chǎn)生的，因此屬于內(nèi)中斷。
??一條指令在執(zhí)行期間，可能產(chǎn)生多次缺頁中斷。（如copy A to B，即將邏輯地址A中的數(shù)據(jù)復(fù)制到邏輯地址B，而A和B屬于不同的頁面，則有可能產(chǎn)生兩次中斷）。

3 地址變換

??和基本分頁存儲管理的地址變換相比，區(qū)別在于：

(1) 查到頁表項時需要進(jìn)行判斷，判斷頁面是否在內(nèi)存中。
(2) 當(dāng)需要調(diào)入頁面時，但有沒有空閑內(nèi)存時，需要進(jìn)行頁面置換。
(3) 當(dāng)頁面需要調(diào)入或調(diào)出，需要修改請求頁表中新增的表項。

??(1) 根據(jù)邏輯地址得到頁號和頁內(nèi)偏移量。
??(2) 對頁號進(jìn)行越界判斷。
??(3) 訪問頁表判斷頁是否在內(nèi)存中，如果在繼續(xù)執(zhí)行程序。
??(4) 如果訪問的頁不在內(nèi)存中，產(chǎn)生缺頁中斷請求，當(dāng)前進(jìn)程阻塞，缺頁中斷程序從根據(jù)頁表從外存找到缺失的頁。
??(5) 判斷內(nèi)存空間是否已滿，未滿，將缺頁調(diào)入內(nèi)存，修改頁表。如果已滿，從內(nèi)存中選擇一個頁面置換，如果頁面發(fā)生修改，需要將修改寫回外存，然后再將缺頁調(diào)入內(nèi)存，并修改頁表。
??(6) 頁面調(diào)入后，阻塞的進(jìn)程會處于就緒態(tài)等待處理機(jī)調(diào)度。

??幾個細(xì)節(jié)問題

(1) 只有“寫指令”頁表才需要修改“修改位”。并且如果有快表機(jī)構(gòu)，一般來說只需要修改快表中的數(shù)據(jù)，只有要將快表項刪除時才需要寫回內(nèi)存中的慢表。這樣可以減少訪問內(nèi)存次數(shù)。
??這也就是說，如果存在快表機(jī)構(gòu)，當(dāng)修改了一個頁面時，只需要修改快表中的相應(yīng)的頁表項，而不需要修改內(nèi)存中的頁表，一方面快表操作更快，另一方面還減少了訪問內(nèi)存次數(shù)，否則一次修改要修改兩個表。
(2) 和普通中斷一樣，缺頁中斷也需要保留CPU現(xiàn)場，以便進(jìn)程再次運(yùn)行時能從中斷的狀態(tài)繼續(xù)運(yùn)行。
(3) 這里換成那個頁面是通過頁面置換算法決定的，頁面置換算法見下一節(jié)頁面置換算法。
(4) 換入/換成頁面都需要啟動慢速的I/O操作，可見，如果換入/換成過于頻繁，會有很大的開銷。
(5) 頁表調(diào)入內(nèi)存后需要修改慢表和快表兩個表，但是這和(1) 并不沖突。

ps：請求分頁系統(tǒng)中的頁表應(yīng)該稱請求頁表，由于麻煩，后面的部分我沒有進(jìn)行區(qū)分了，都叫成了頁表，讀者明白就可以了。

4 小結(jié)

??本文完