【操作系统】第四章 存储器管理(3)——存储管理的离散分配方式

1 基本分页存储管理方式


1.1 页面的概念

内存划分成多个小单元,每个单元K大小,称(物理)块。作业也按K单位大小划分成片,称为页面。

①物理划分块的大小 = 逻辑划分的页的大小

②页面大小要适中。

    太大,(最后一页)内碎片增大,类似连续分配的问题。

    太小的话,页面碎片总空间虽然小,提高了利用率,但每个进程的页面数量较多,页表过长,反而又增加了空间使用。


1.2 页表的概念

为了找到被离散分配到内存中的作业,记录每个作业各页映射到哪个物理块,形成的页面映射表,简称页表。每个作业有自己的页表

页表的作用:

  页号到物理块号的地址映射

要找到作业A

  关键是找到页表(PCB),根据页表找物理块


1.3 地址的处理



1.4 地址变换机构


1.5 引入快表——针对访问速度问题

问题:基本分页机制下,一次指令需两次内存访问,处理机速度降低1/2,分页空间效率的提高以如此的速度为代价,得不偿失。

改进:减少第1步访问内存的时间。增设一个具有“并行查询”能力的高速缓冲寄存器,称为“快表”,也称“联想寄存器”(Associative

memory),IBM系统称为TLB(Translation Look aside Buffer)。


1.6 两级、多级页表,反置页表——针对大页表占用内存问题

①两级页表

将页表分页,并离散地将页表的各个页面分别存放在不同的物理块中

为离散分配的页表再建立一张页表,称为“外层页表”,其每个表项记录了页表页面所在的物理块号。


②多级页表

64位操作系统下,两级仍然不足以解决页表过大问题时,可按同样道理继续分页下去形成多级页表。



2 基本分段存储管理方式

2.1 分段系统的基本原理

程序通过分段(segmentation)划分为多个模块,每个段定义一组逻辑信息。如代码段(主程序段main,子程序段X)、数据段D、栈段S等。


谁决定一个程序分几段,每段多大?

编译程序(基于源代码)


段的特点

每段有自己的名字(一般用段号做名),都从0编址,可分别编写和编译。装入内存时,每段赋予各段一个段号。

每段占据一块连续的内存。(即有离散的分段,又有连续的内存使用)

各段大小不等。


地址结构:段号 + 段内地址



2.2 段表与地址变换机构

段是连续存放在内存中。段表中针对每个“段编号”记录:“内存首地址”和“段长”



同样有两次内存访问问题

解决方法:设置联想寄存器,用于保存最近常用的段表项。


2.3 分页和分段的主要区别

需求:

分页是出于系统管理的需要,是一种信息的物理划分单位,分段是出于用户应用的需要,是一种逻辑单位,通常包含一组意义相对完整的信息。

一条指令或一个操作数可能会跨越两个页的分界处,而不会跨越两个段的分界处。

大小:

页大小是系统固定的,而段大小则通常不固定。分段没有内碎片,但连续存放段产生外碎片,可以通过内存紧缩来消除。相对而言分页空间利用率高。

逻辑地址:

分页是一维的,各个模块在链接时必须组织成同一个地址空间;

分段是二维的,各个模块在链接时可以每个段组织成一个地址空间。

其他:

通常段比页大,因而段表比页表短,可以缩短查找时间,提高访问速度。分段模式下,还可针对不同类型采取不同的保护;按段为单位来进行共享


2.4 信息共享

分段系统的突出优点:

易于实现共享:

在分段系统中,实现共享十分容易,只需在每个进程的段表中为共享程序设置一个段表项。

比较课本图。对同样的共享内容的管理上,很明显分段的空间管理更简单。分页的图涉及太多的页面划分和地址记录的管理。


易于实现保护:

代码的保护和其逻辑意义有关,分页的机械式划分不容易实现。



3 段页式存储管理方式

3.1 基本原理

将用户程序分成若干段,并为每个段赋予一个段名。

把每个段分成若干页

地址结构包括段号、段内页号和页内地址三部分



3.2 地址变换过程


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