地址空间,基址寄存器和界限寄存器,动态重定位

地址空间是一个进程可用于寻址内存的一套地址集合。每个进程都有一个自己的地址空间,并且这个地址空间独立于其他进程的地址空间(除了在一些特殊情况下进程需要共享它们的地址空间外)。

给每个程序一个自己的地址空间,使得一个程序中的地址28所对应的物理地址与另一个程序中的地址28所对应的物理地址不同。方法:

基址寄存器与界限寄存器

使用一种简单的动态重定位,把每个进程的地址空间映射到物理内存的不同部分。当使用基址寄存器和界限寄存器时,程序装载到内存中连续的空闲位置且装载期间无须重定位,如图3-2c所示。当一个进程运行时,程序的起始物理地址装载到基址寄存器中,程序的长度装载到界限寄存器中。在图3-2c中,当第一个程序运行时,装载到这些硬件寄存器中的基址和界限值分别是0和16 384。当第二个程序运行时,这些值分别是16 384和16384。如果第三个16KB的程序被直接装载在第二个程序的地址之上并且运行,这时基址寄存器和界限寄存器里的值会是32 768和16 384。

每次一个进程访问内存,取一条指令,读或写一个数据字,CPU硬件会在把地址发送到内存总线前,自动把基址值加到进程发出的地址值上。同时,它检查程序提供的地址是否等于或大于界限寄存器里的值。如果访问的地址超过了界限,会产生错误并中止访问。这样,对图3-2c中第二个程序的第一条指令,程序执行

 
 
  1. JMP 28 

指令,但是硬件把这条指令解释成为(28+16384=16412)

 
 
  1. JMP 16412 

所以程序如我们所愿地跳转到了CMP指令。在图3-2c中第二个程序的执行过程中,基址寄存器和界限寄存器的设置如图3-3所示。

  

图3-2   重定位问题的说明:a) 一个16KB程序;b) 另一个16KB程序;c) 两个程序连续地装载到内存中

 

使用基址寄存器和界限寄存器是给每个进程提供私有地址空间的非常容易的方法,因为每个内存地址在送到内存之前,都会自动先加上基址寄存器的内容。在很多实际系统中,对基址寄存器和界限寄存器会以一定的方式加以保护,使得只有操作系统可以修改它们。

使用基址寄存器和界限寄存器重定位的缺点是,每次访问内存都需要进行加法和比较运算。比较可以做得很快,但是加法由于进位传递时间的问题,在没有使用特殊电路的情况下会显得很慢。



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