操作系统内存管理笔记

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地址空间

物理地址

物理地址是内存中物理单元的集合，是地址转换的最终地址，进程在运行时执行指令和访问数据都通过物理地址访问驻村；

逻辑地址/虚拟地址

逻辑地址由CPU生成，面向编程人员，从0单元编号一直到物理内存的极限；
当装入程序将可执行代码载入主存时，逻辑地址必须通过地址重定位转换为物理地址；由于代码的存储空间在逻辑地址上连续，在物理地址上分散，因此基于逻辑地址实现虚拟内存技术；

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操作系统角度：分页内存管理

引入分页机制：使得程序的逻辑地址连续，物理地址空间可以是非连续的；
操作系统把物理内存按照固定大小划分为页帧(Page Frame)，在逻辑内存中对应为页(Page)，外存按照同样固定大小划分为块(Block)

页面大小选择

页大小应为2的整数幂，页面太小导致页面数增加，页表增长，占用大量主存；页面过大会增加页内水平，降低内存利用率；

逻辑地址结构

逻辑地址结构：[页号，页内偏移量]

• 页面总数 = 2 ^ 页号位数；

• 页面大小 = 2 ^ 页内偏移量位数（字节）；

页表

页表，用来记录逻辑页与物理页框对应关系：页表项至少为：<逻辑页号，物理页框号>
大部分操作系统为每个进程分配一个页表，放置在主存中（由于页表通常比较大），进程控制块PCB中保存指向页表的指针；在实际应用中，为加快映射速度，多采用TLB快表作为页表高速缓存，扩大分页数量则采用多级页表机制；

逻辑地址映射物理地址

假设映射期间各参数合法：

1. 获取页框号：根据页号，在页表中查找对应页框号

2. 计算物理地址：物理地址 = 物理页框号 * 页面大小 + 页内偏移量

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用户角度：分段内存管理

引入分段机制：从开发人员角度出发，划分内存空间（逻辑地址空间和物理地址空间）为若干大小不必相等（可以相等）的段；

逻辑地址结构

逻辑地址结构：[段号，段内偏移量]；段号代表逻辑地址对应的物理地址的基址；

段表

段表项至少为<段号，段长>，根据逻辑地址结构，段长 = 2 ^ 段内偏移量位数；

逻辑地址映射物理地址

假设映射期间各参数合法：

1. 获取段长：根据段号在段表中查找段长

2. 检查地址：检查段号 + 段内偏移量是否合法（段号 + 段内偏移量不超过段长）

3. 计算物理地址：物理地址 = 段号 + 段内偏移量

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段页式内存管理

逻辑地址结构

逻辑地址结构：[段号，页号，页内偏移量]；

段表与页表

操作系统为每个进程分配一张段表，整个内存空间划分为若干段，每个分段分配一张页表，段表寄存器负责存储进程的段表基址和段表长度

• 段表项至少为：<段号，页表基址，页表长度>

• 页表项至少为：<逻辑页号，物理页框号>

逻辑地址映射物理地址

假设映射期间各参数合法：

1. 获取页表号：根据段表寄存器，访问段表，通过段号查找页表基址和页表长度；

2. 获取物理页框号：根据页表基址和页号，查找页号对应的页框号；

3. 计算物理地址：物理地址 = 段号 + 页框号 * 页面长度 + 页内偏移量；

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参考

[1] http://www.cnblogs.com/felixfang/p/3420462.html