OS存储器管理(二)

离散分配

分页(Paging)，分段，段页式

一、分页

 

一个进程的物理地址可以是非连续的；

 

将物理内存分成固定大小的块，称为块（frame）；

将逻辑内存分为同样大小的块，称为页（page）；

将连续的页分配并存放到不连续的若干内存块中；

建立页表，记录每一页对应的存储块的块号，将逻辑地址转换为物理地址。

将产生内部碎片

 

 

地址转换方法

 

将逻辑地址转换为虚拟地址：

 

CPU生成的地址分成以下两部分：

1.页号(p)：页号作为页表中的索引。页表中包含每页所在物理内存的基地址。

2.页偏移(d)：与页的基地址组合就形成了物理地址，就可送交物理单元。

 

逻辑内存和物理内存的分页模型:

 

 

例如：

 

 

 

将逻辑地址转换为物理地址需要寄存器来支持，地址转换体系结构如下：

 

 

 

地址变换机构如下：

 

 

 

假定一页大小为1K(1024B)，考察逻辑地址2056，地址变换过程工作原理如下所示：

 

 

 

转换过程分析：逻辑地址机内表示（以16位为例）

无需计算，只需用块号代替高位的页号，就可立即得到对应的物理地址

 

 

例如：

 

 

 

 

页表的实现

 

1.页表保存在内存中

2.页表基寄存器（PTBR）指向页表

3.页表长度寄存器（PTLR）指示页表的大小

4.在这种方式下，每次数据/指令的访问需要访问两次内存。一次访问页表，另一次访问数据/指令

5.两次内存访问问题可以用特别的快速查找硬件缓冲（TLB，称为快表或联想存储器或关联内存或翻译后备缓冲器）来解决。

 

带TLB的分页硬件原理如下：

 

 

 

 

页表结构：

①层次化分页

②Hash页表

 

①层次化分页

1.将逻辑地址空间分成多个页表

2.一种简单的方法是两层分页法

 

示意图如下：

 

 

 

两层分页方法实例：

逻辑地址(32位机器，页大小为4K)分成以下两部分：页号(20位)，页偏移(12位)

页表又分成页，所以页号又进一步分成：10位页号，10位页偏移

因此，逻辑地址表示如下：

 

 

 

②Hash页表

 

1.处理超过32位地址空间的常用方法是使用Hash页表。

2.逻辑地址中的逻辑页号被放入hash页表中。hash页表的每一项都包括一个链接组的元素，这些元素hash成同一位置（碰撞）。

3.逻辑页号与链表中的每 一个元素的第一个域相比较。如果匹配，那么对应的块号就用来形成位置地址。如果不匹配，那么就对链表中的下一个域进行页码比较。

 

Hash页表实例:

 

 

 

 

二、分段

 

 

支持用户观点的内存管理方法

程序是若干段的集合：主程序，子程序，函数，方法，对象，局部变量，全局变量，堆栈，符号表，数组

 

用户角度的程序：

 

 

 

段的逻辑视角：

 

 

 

段的体系结构：

 

逻辑地址由两个元素组成：<段号，偏移>

 

段表：将二维的用户定义地址映射为一维物理地址。段表的每个条目都有段基地址和段界限。

基地址：包含段的起始地址

界限：指定段的长度

段表基地址寄存器（STBR）指向内存中的段表的位置

段表长度寄存器（STLR）指示程序所用的段的个数

段号S小于STLR的时候才是有效的

 

段硬件实现：

 

 

 

 

分段实例：

 

三、交换

进程可以暂时从内存中交换出来到备份存储上，当需要再执行时再调回到内存中。

备份存储 —— 通常是快速磁盘。这必须足够大，以便容纳所有用户的内存映象拷贝，它也必须提供对这些内存映象的直接访问。

 

换入、换出 － 是交换策略的一个变种，被用于基于优先权的调度算法中。如果一个更高优先级进程来了且需要服务，内存管理可以交换出低优先级的进程，以便可以装入和执行更高优先级的进程。当更高优先级进程执行完后，低优先级进程可以交换回内存以继续执行。

交换时间的主要部分是转移时间。总的转移时间与所交换的内存空间直接成正比。

交换的修改版本在许多系统中被采用。（如UNIX, Linux及Windows)

 

 

交换示意图：