缺页异常 → OS 缺页处理：磁盘 I/O 调入 → 重新执行该指令

跨学科专题

所属模块：X-1 虚拟存储访问全过程（页表 → TLB → Cache → 主存 → 缺页） · 本模块第 6 / 14 个概念

在「X-1 虚拟存储访问全过程（页表 → TLB → Cache → 主存 → 缺页）」概念体系中的位置

flowchart TD
    A["虚拟地址<br/>= 虚页号 | 页内偏移"] --> B{"TLB 命中？"}
    B -- "命中" --> C["得页框号"]
    B -- "未命中" --> D["查内存中的页表<br/>（多级页表则逐级查）"]
    D --> E{"有效位 = 1？"}
    E -- "否（页不在内存）" --> F["缺页异常<br/>→ OS 缺页处理：磁盘 I/O 调入<br/>→ 重新执行该指令"]
    E -- "是" --> C
    C --> G["物理地址<br/>= 页框号 | 页内偏移"]
    G --> H{"Cache 命中？"}
    H -- "命中" --> I["直接读/写 Cache"]
    H -- "未命中" --> J["访问主存，调入 Cache 块"]

必须掌握的概念及其关系：

概念	是什么	缓存的对象	缺失后果	管理者
页表	虚页号 → 页框号的映射表，含有效位、访问位、修改位等	—（映射的源头）	—	OS 建立，硬件（MMU）查询
TLB（快表）	页表的“Cache”，相联存储器	页表项（虚页号→页框号）	多一次（或多级）访存查页表	硬件为主
Cache	主存的缓存	主存块（数据/指令本身）	访主存取块	硬件
缺页机制	页面不在内存时的调入机制	—（兜底）	磁盘 I/O，代价约 $10^5$ 倍	OS（缺页处理程序）

关键派生概念：

有效位（存在位）：页表项中标记该页是否在内存。TLB 中的项必然来自有效位为 1 的页表项 → “TLB 命中但缺页”不可能发生（2010 年 17 题，答案 D）。
多级页表：页表本身太大且必须连续存放的问题 → 把页表再分页。32 位系统典型为 10+10+12 结构：页目录号 | 页表索引 | 页内偏移。
页表基址寄存器（PTBR）：存放当前进程一级页表（页目录）的起始物理地址（2021 年 29 题），进程切换时由 OS 更新，并导致 TLB 全局失效（与 X-5 连接）。
访问位 A / 修改位 M：为置换算法服务，改进型 Clock 按 (A, M) 四类淘汰（2016 年 26 题）。
驻留集 vs 工作集：分配给进程的页框集合 vs 进程实际正在用的页面集合；工作集 > 驻留集 → 抖动（2016 年 29 题、2011 年 29 题）。

来源：复习资料 P2 第 4 节（三级访问链）、P3 第 7 节（内存管理）；王道 2027 操作系统内存管理章；王道 2027 计组存储系统章。