分页存储管理中，主存分配是如何进行的？

分页存储管理是一种内存管理机制，通过将进程的逻辑地址空间划分为固定大小的页面，并将主存空间划分为同样大小的块（或称为页框），以实现对内存的离散分配，这种管理方式有效地解决了连续分配方式带来的外部碎片问题，提高了内存利用率，下面将详细阐述分页存储管理中主存分配的方式：

一、主存分配的基本单位

在分页存储管理系统中，主存的分配是以页框为单位进行的，这意味着系统会将主存空间划分成若干个与页面大小相等的存储块，每个存储块可以装载一个页面，当进程需要装入内存时，系统会将这些页面分别装入到多个可以不相邻接的物理块中。

二、分页存储管理的工作原理

1、地址结构转换：分页存储管理将逻辑地址空间分为页号和页内偏移量两部分，逻辑地址中的页号用于索引页表，而页内偏移量则直接作为物理地址的一部分。

2、页表的作用：页表是分页系统中地址映射的关键数据结构，它记录了每个页面对应的物理块号，当进程访问某个逻辑地址时，系统首先通过页表查找该页对应的物理块号，然后将页内偏移量附加到物理块号之后，形成完整的物理地址。

3、地址变换机构：地址变换机构负责将用户的逻辑地址转换为内存中的物理地址，这一过程通常由硬件自动完成，以提高地址转换的速度。

三、分页存储管理的优点

1、消除外部碎片：由于分页存储管理允许将进程的各个页面分散地存储在主存的不同物理块中，因此可以有效地消除连续分配方式带来的外部碎片问题。

2、提高内存利用率：分页存储管理使得内存空间可以被更加灵活地利用，从而提高了整体的内存利用率。

3、便于内存保护：分页存储管理可以通过设置页表项的访问权限来控制进程对内存的访问，从而实现内存保护。

四、分页存储管理的缺点

1、页表开销：每个进程都需要一个页表来记录页面与物理块之间的映射关系，这会增加系统的存储开销。

2、地址转换时间：每次地址转换都需要访问两次内存（一次访问页表，一次访问数据），这可能会影响系统的性能。

3、内部碎片：由于页面大小固定，且可能小于进程的最后一页所需的内存空间，因此会产生内部碎片。

五、相关问题与解答

问1：在分页存储管理系统中，为什么需要引入快表（TLB）？

答：在分页存储管理系统中，每次地址转换都需要访问两次内存（一次访问页表，一次访问数据），这会导致系统性能下降，为了提高地址转换速度，可以引入快表（TLB），快表是一个特殊的高速缓冲存储器，用于存放当前使用最频繁的页表项，当CPU形成有效地址后，由地址变换机构自动将页号送至TLB进行查找，如果找到匹配的页表项，则可以直接从TLB中读取物理块号并形成物理地址；如果没有找到，则需要再访问内存中的页表并将其调入TLB中，这样可以减少访问内存的次数，提高地址转换的速度。

问2：在分页存储管理系统中，如何实现内存保护？

答：在分页存储管理系统中，可以通过设置页表项的访问权限来实现内存保护，可以在页表项中设置读/写标志位来控制进程对页面的访问权限，只读标志表示进程可以读该页但不能修改它；读写标志表示进程既可以读也可以修改该页，还可以通过设置上锁标志位来防止其他进程对该页进行修改，当进程试图违反这些访问权限时，系统会产生一个越界中断来阻止非法操作并保护内存的安全。

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