操作系统第四章【3】 内存离散分配 分页、分段

(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。

Ø 太大,(最后一页)内碎片增大,类似连续分配的问题。

Ø 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。

(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



Ø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)

Ø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。

Ø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

计算口诀

页面大小决定偏移量(页内地址)的位数n;

作业大小->页面数量

->页表长度a

->页号的位数m(或总位数-页内位数)

内存容量决定块数,块数决定编址位数,即页表项位数b。

u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,why?

CPU操作一条指令需访问内存两次:

1.访问内存中的页表(以计算指令所在的实际物理地址)

2.访问指令内存地址

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)。

快表放什么?:

正在执行进程的页表的数据项。












③反置页表

 一张OS 反置页表 + 每进程一张外部页表

反置页表(InvertedPage Tale):站在物理块的角度,记录占用它的已调入内存的进程标识和页号。系统中只需一张该表即可。一个64MB内存,若页面大小4KB(64M/4K=2^16=16K个物理块),反置页表占用64KB(16K*4B)

进程外部页表(ExternalPage Table):每个进程一张,记录进程不在内存中的那些页面所在的外存物理位置。

如何提高检索反置页表速度: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。

4.基本分段存储管理方式

从提高内存利用率角度;

固定分区 à动态分区à分页

从满足并方便用户(程序员)和使用上的要求角度:

分段存储管理:作业分成若干段,各段可离散放入内存,段内仍连续存放。

方便编程:如汇编中通过段:偏移确定数据位置

信息共享:同地位的数据放在一块方便进行共享设置

信息保护

动态增长:动态增长的数据段事先固定内存不方便

动态链接:往往也是以逻辑的段为单位更方便

1)分段系统的基本原理

v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。



(3)分页和分段的主要区别  ★ ★ ★

1.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。

2.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。

3.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。

4.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

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。

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