操作系统——内存离散分配

基本分页存储管理方式

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。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那个物理块 ，形成页面映射表，简称页表。
页表记录的是页号到物理块号的地址映射
假如要找到作业A，找到页表（通过PCB，页表位置记录在PCB中）–>根据页表找到物理快
页表实际存放的位置是内存（或者页表寄存器中）

地址的处理方式连续方式下，每条指令用基地址+偏移地址则可找到物理地址

由上图可以看出：页面大小为8B（8条指令），则页内地址需要三位二进制数来表示，作业大小32B，32/8=4，则需要4个块，所以在地址中取后三位表示页内地址，（四个页面需要2个二进制位表示，所以再取倒数45位作为块地址），括号中只是举个例子因为并不一定是连续存储，但是原理就是如此，除去后三位其余的表示块号，例如上图中第三页存到了第七个块中，则它的块号为111（页号与块号的映射关系存在页表中）

规律

作业相对地址在分页下不同位置的数有一定的意义结构：

页号+页内地址（即页内偏移）

关键的计算是：根据系统页面大小找到不同意义二进制位的分界线。

从地址中分析出页号后，地址映射只需要把页号改为对应物理块号，偏移不变，即可找到内存中实际位置。

**注意：**一作业所有指令在用户地址空间是顺序编址

举例说明

答：页面大小4K=2^12，所以需要12位二进制数来表示页内地址，作业大小32K，32/4=8，所以需要八页（即8个块），需要三个二进制数表示。

这里的页表的大小是指存块号占的地址

访问内存的有效时间

进程发出逻辑地址的访问请求，经过地址变换，到内存中找到对应的实际物理地址单元并取出数据，所需花费的总时间，称为内存的有效访问时间EAT（effective access time）

设访问一次内存时间为t，则基本分页机制下EAT=2t

：因为操作一条指令需要访问内存两次

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）。

此时：设一次查找访问快表时间为t’ ，则

EAT= at’ + (1-a)(t’+t) + t

= 2t +t’ -ta

两者比较：

两级页表

理解

当页表中的项太多，会存在一个页表放不下的情况（毕竟页表也是存在内存中，当内存的一个块放不开页表，就会将一个页表分开放入两个块中，为了能找到这两个页表的位置，就引入了二级页表，又称为外表用来存放页表分开后的位置）

如图：

理解：

外页号的取值同前边页号的取值一样

每个进程一张页表

一张OS反置页表+没进程一张外部页表

**反置页表：**站在物理角度，记录占用他的已调入内存的进程标识和页号。系统中只需要一张表即可（例如：一个64MB内存，若页面大小4KB[64M/4K=2^16 ,16个物理块]，反置页表占用64KB（16K*4B））

**进程外部页表：**每个进程一张，记录进程不在内存中的那些页面所在物理位置。

**如何提高检索反置页表的速度：**内存容量大时，反置页表的页表项还是会很大，利用进程标识符和页号去检索一张大的线性表很费时，可利用hash算法提高检索速度。

分段

程序通过分段划分为多个模块，每个段定义一组逻辑信息（如代码段，数据段，栈段）

段的特点

每个段有自己的名字（一般是段号），都从0编址，可分别编写和编译。装入内存时每个段赋予各段一个段号。

每个段占据一块连续的内存（既有连续的，又有分离的）

各段的大小不等

地址结构：段号+段内地址

段表：记录每段实际存放的物理地址

分页容易造成共享和非共享数据共处一页，不方便设置权限。

段页式存储

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