操作系统学习02

1. 非连续内存分配：分页（主流方式），分页地址空间与分页寻址方案
   分页与分段的区别：段的大小可变，页大小不变
   建立方案，转换逻辑地址为物理地址（Pages to frames）：页表，MMU/TLB
   帧（物理内存）划分物理内存至固定大小的帧（大小是2的次幂）：帧号+帧内偏移 地址计算的实例：
   
   页（逻辑内存）划分逻辑地址空间至相同大小的页：
   页内偏移的大小=帧内偏移的大小
   
   页寻址机制：页表由操作系统提前建立
   

2. 页表概述、TLB（转换后备缓冲区）
   resident bit为0则相应的物理内存不存在，为1则对应的物理帧存在（因为不是所有页都有对应的帧）
   
   分页机制的性能问题：
   访问一个内存单元需要两次内存访问：一次获取页表项，一次用于访问数据。
   页表可能非常大：64位的机器，每页1024字节，一个页表会很大
   因为很大，页表不能放在CPU当中，而放在内存中。

    处理方法：
    	缓存（caching）
    	间接（Indirection）访问
   
    缓存：TLB（Translation Look——aside Buffer）
    	缓存近期访问的页帧转换项。TLB使用associative memory实现，有快速访问的性能。如果TLB命中，物理页号可以很快被获取，如果未命中，对应的表项被更新到TLB中。TLB在CPU中
    	![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/680e1c456409409b9fa9ed89e2d53fc2.png?x-oss-process=image/watermark,type_d3F5LXplbmhlaQ,shadow_50,text_Q1NETiBA56a55rSL5Y2a,size_20,color_FFFFFF,t_70,g_se,x_16)
   

3. 非连续内存分配：页表：二级，多级页表
   二级页表：
   一级页表存放的是以及页表的起始地址，二级页表存放帧地址。
   这种方式使得不存在映射关系的页表项不需要占用内存值（若一级中不存在（resident bit==0）则二级不需要保留空间）
   
   多级页表：
   时间换空间，时间开销增大，空间开销减小。
   时间开销可以通过之前的TLB机制缓解。

4. 非连续内存分配：页表：反向页表
   大地址空间问题：前向映射页表变得繁琐。
   不是让页表与逻辑地址空间的大小相对应，而是让页表与物理地址空间的大小相对应。逻辑（虚拟）地址空间增长速度快于物理地址空间。

   基于页寄存器（Page Registers）的方案：消耗内存很小
   
   
   基于关联内存（associative memory）的方案：
   
   基于哈希（hash）查找的方案：
   

5. 虚拟内存：
   虚拟内存的起因
   理想中的存储器：更大、更快、更便宜的非易失性储存器
   实际上的存储器：
   程序只能在内存中执行，那么我们希望能想办法利用到磁盘的空间。

   5.1. 覆盖技术：
   在较小的可用内存中运行较大的程序。常用于多道程序系统，与分区存储管理配合使用。
   原理：
   例子：
   将没有相互调用关系的BC放在同一个分区
   只用了100k，比上图要更高效。

   缺点：
   由程序员来把大的程序划分为若干个小的功能块，并确定各模块的覆盖关系，费时费力；覆盖模块从外存装入内存，实际上是以时间延长来换取空间节省

   5.2. 交换技术：
   目标：多道程序在内存中时，让正在运行的程序或者需要运行的程序获得更多资源。
   方法：可将暂时不能运行的程序送到外存，从而获得空闲内存空间；操作系统把一个进程的整个地址空间的内容保存到外存中，而将外存中的某个进程的地址空间读到内存中。换入换出内容大小为整个程序的地址空间。
   问题：
   1. 交换时机的确定：因为交换会产生很多额外开销。只有当内存不够或者有不够危险时换出
   2. 交换区的大小：必须足够大以存放所有用户进程的所有内存映射像的拷贝，必须能对这些内存映像进行直接存取。
   3. 程序换入时的重定位：换出后再换入不一定在同一处地方。要采用动态地址映射的方法

    覆盖与交换的比较：
    ![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/f6706635ef5147a49e0615be8381445c.png)
   

   5.3. 虚存技术：
   目标：
   程序的局部性原理：程序在执行过程中的一个较短时间，所指向的指令地址和指令的操作数地址，分别局限于一定的区域，表现为：
   时间局部性：一条指令的一次执行和下次执行，一个数据的一次访问和下次访问一个集中在一个较短的时间内
   空间局部性：当前指令和邻近的几条指令，当前访问的数据和邻近的及格数据应该集中在一个较小的区域内。
   程序的局部性原理时实现虚拟内存技术的前提。

   虚存技术基本概念：在页式或者段式内存管理的基础上实现：
   
   虚存技术基本特征：
   

虚拟页式内存管理：

页表表项：

后备存储：