考点清单

• [x] 分页存储原理（页号/页内地址/页表/物理块号）
• [x] 页面置换算法（OPT/FIFO/LRU/淘汰原则）
• [x] 快表与慢表
• [x] 逻辑地址→物理地址转换计算

笔记

分页存储原理

逻辑页分为页号和页内地址，页内地址就是物理偏移地址，页号与物理块号并非按序对应，需查询页表得知页号对应的物理块号，再用物理块号 + 偏移地址 = 物理地址。

• 优点：利用率高，碎片小，分配及管理简单
• 缺点：增加了系统开销，可能产生抖动现象

页面置换算法

算法	原理	特点
最优算法 (OPT)	选择未来最长时间内不被访问的页面置换	理论最优，无法实现，用于基准对比
先进先出 (FIFO)	先调入内存的页先被淘汰	可能产生抖动（分配的页数越多，缺页率反而越高）
最近最少使用 (LRU)	过去最少使用的页面被淘汰	基于局部性原理，效率高，不会抖动
淘汰原则	优先淘汰最近未访问的，其次淘汰最近未被修改的	—

快表（TLB）

快表要解决什么问题？

分页存储有一个性能硬伤：每次内存访问，实际要访问内存两次。

CPU 读逻辑地址 1040 的数据：
  ① 先去内存查页表         → 找到页号0对应物理块号5
  ② 再去内存读物理地址的数据  → 取到 arr[10] 的值
  ↑↑ 一次读数据 = 两次内存访问，性能直接砍半

页表存放在内存中就是慢表，每次地址翻译都多一次内存读取。

快表的核心思想

快表（TLB，Translation Lookaside Buffer）是 CPU 内部的一块小型高速缓存，专门存放最近用过的页表条目。

CPU 读逻辑地址 1040：
  先查快表（CPU内部，纳秒级）
  ├─ ✅ 命中（hit）→ 直接拿到物理块号 → 1次内存读数据
  └─ ❌ 未命中（miss）→ 去内存查页表（慢表）→ 拿到映射
                        → 写入快表（下次就快了）→ 读数据

为什么快表能生效？局部性原理

• 时间局部性：访问了一个地址，短时间内很可能再用（如循环）
• 空间局部性：访问了一个地址，附近地址也很快会被访问（如数组遍历）

所以快表只需几十到几百个条目，就能覆盖 90%~99% 的地址翻译请求。

性能对比

场景	访问过程	性能
无分页	1 次内存	基准
慢表（纯内存页表）	2 次内存	❌ 慢一倍
快表命中	1 次快表（≈1ns）+ 1 次内存	✅ 接近无分页
快表未命中	1 次内存（页表）+ 1 次内存（数据）	❌ 退化为慢表

一句话：快表 = 页表的 Cache，把最近用的映射放 CPU 旁边，避免每次翻译都去内存翻表。

练习题

某系统页面大小为 4K，进程页面变换表如下，逻辑地址为十六进制 1D16H，求物理地址。

页号	物理块号
0	1
1	3
2	4
3	6

📝答案与解析

答案：3D16H

核心原理：页内偏移不动，页号查表替换成物理块号。

分页地址转换的本质是逻辑地址 → 物理地址时，页内偏移直接搬运，只有页号被替换。因为页面大小就是物理块大小，页内偏移在逻辑地址和物理地址中是相同的。

步骤拆解：

① 页面大小 4K = 2^12 → 页内偏移占 12 位（低 12 位），剩余高位是页号

② 拆分 1D16H：

1D16H = 0001  1101 0001 0110  
        ↑___  ↑________________  
       页号1    页内偏移 D16H

• 低 12 位 = D16H（页内偏移，直接保留）
• 高 4 位 = 1（逻辑页号，待映射）

③ 查页表：页号 1 → 物理块号 3（页号被替换）

④ 拼物理地址：物理块号 3 + 页内偏移 D16H = 3D16H

验证公式：物理地址 = 物理块号 × 页面大小 + 页内偏移

3 × 4096 + D16H = 3 × 1000H + D16H = 3000H + D16H = 3D16H

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某进程 4 个页面（0~3），分配 3 个存储块，访问前页面 1 不在内存。根据状态位/访问位/修改位，淘汰哪个页面代价最小？

📝答案与解析

答案：3

解析：淘汰原则—优先淘汰最近未被访问的，再淘汰最近未被修改的。页 0、2、3 最近都被访问过，但只有页 3 最近未被修改，淘汰代价最小。

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[Q48] 分页存储

分页存储管理中，地址转换需要读取（ ）。

• A. 链表
• B. 段表
• C. 页表
• D. 段表+页表

📝答案与解析

答案：C

解析：分页管理中，逻辑地址→物理地址通过查页表完成。

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[Q56] 缺页中断

以下情况会触发缺页中断（Page Fault）的是（ ）。

• A. 进程访问的页在物理内存中
• B. 进程访问的页被标记为只读
• C. 进程访问的页既不在内存也不在磁盘
• D. 进程访问的页不在物理内存但存在于磁盘

📝答案与解析

答案：D

解析：缺页=页不在内存但在磁盘，需要调入。A 正常访问；B 是保护异常；C 是非法访问。

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[Q63] 物理地址

在页式存储管理中，以下哪种地址类型用于程序运行时在内存中的实际定位（ ）。

• A. 逻辑地址
• B. 物理地址
• C. 虚拟地址
• D. 相对地址

📝答案与解析

答案：B

解析：物理地址=内存中实际地址；逻辑地址/虚拟地址=程序中的地址，需转换。

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[Q105] 缺页中断类型

当CPU要访问的页面不在内存中时，会引发（1）中断，系统处理该中断的过程称为（2）。

• A. 外部中断
• B. 内部中断
• C. 软中断
• D. 缺页中断

📝答案与解析

答案：D

解析：访问的页不在内存中→缺页中断（Page Fault）。

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[Q106] 页面置换

当CPU要访问的页面不在内存中时，会引发（1）中断，系统处理该中断的过程称为（2）。

• A. 页面置换
• B. 页面调入
• C. 地址变换
• D. 页面分配

📝答案与解析

答案：A

解析：缺页中断发生后，处理过程 = 页面置换（选一页换出→调入所需页）。各选项辨析：

选项	是什么	和缺页处理的关系
A. 页面置换	缺页时选一页换出、调入新页的完整过程	✅ 正确答案，就是中断处理过程本身
B. 页面调入	从磁盘读页面进内存	❌ 只是置换中的一个动作环节，缺了"换出"不完整
C. 地址变换	MMU把逻辑地址翻译成物理地址	❌ 它是每次内存访问都做的，缺页时它只是触发者，不是处理者
D. 页面分配	决定进程拥有多少个物理页框	❌ 属于内存管理策略，不参与缺页中断处理

关系图：

地址变换（C）→ 发现页不在内存 → 触发缺页中断  
                                       ↓  
                                页面置换（A）  
                                 ├─ 选一页换出  
                                 └─ 页面调入（B）← 读入目标页