操作系統內存管理_虛擬內存

虛擬內存的基本思想

按照固定大小將進程的地址空間分爲多個頁面,每一個頁面內部都有連續的地址.這些頁被映射到物理內存,但是並不是所有的頁都在內存中時程序才能運行.當程序需要已經在物理內存中的地址空間時,由硬件完成映射;當程序引用不在內存中的地址空間時,產生缺頁中斷,由操作系統將頁面調入內存.

進程運行內存模型

分頁

1. 地址的轉化
   建立頁表，通過MMU（內存管理單元）來完成線性地址到物理地址的轉換
   

2. 頁表項的結構（不同進程共享內存的 安全性）

   保護位標記了 讀，寫，執行三個權限
   修改位標記了是否被修改，如果被修改那麼頁框在重新分配前，需要先持久化到硬盤
   訪問位是供頁面置換算法使用
   高速緩存位是是否啓用高速緩存，需要實時輸入的設備需要關閉高速緩存

3. 加速分頁：快表（TLB）

• 快表是在MMU中，可以減少內存訪問次數
• 軟件管理TLB，當訪問的頁表不在TLB中時，發出指令讓操作系統來處理（換出一頁）
• 軟失效：在內存，不在頁表；硬失效：不在內存

4. 針對大內存的頁表

• 多級頁表
  
• 倒排頁表

倒排頁表是在每個頁表框記錄下 是哪個進程的哪個頁表項 使用當前頁表框，減少了存儲壓力，但是增大了查詢的複雜度（每次都要遍歷倒排頁表）

5. 頁面置換算法

最優頁面置換；最近未使用（R位定時清零）根據R，M位來決定換出哪個；先進先出；時鐘置換；最近最少使用；
工作集頁面置換算法：局部性原理

寫時複製，共享庫（相對跳動）

段頁式存儲

分頁和分段的區別

1、分頁機制會使用大小固定的內存塊，而分段管理則使用了大小可變的塊來管理內存。

2、分頁使用固定大小的塊更爲適合管理物理內存，分段機制使用大小可變的塊更適合處理複雜系統的邏輯分區。

3、段表存儲在線性地址空間，而頁表則保存在物理地址空間。