【操作系统】4.3-4.4内存离散分配 分页、分段

一.基本分页存储管理方式

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。

a. 物理划分块的大小 = 逻辑划分的页的大小

b.页面大小要适中。

  • 太大,(最后一页)内碎片增大,类似连续分配的问题。
  • 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.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

3.页表的作用:页号到物理块号的地址映射

4.要找到作业A

  à关键是找到页表(PCB)

 b.根据页表找物理块

5.若要执行某作业的一条指令,其相对地址是24B (设10B一页,页表如右表),其物理地址到底是多少呢?

  • 运行程序A(10B一页),CPU初始化  

设第1个要执行的地址为相对地址10

  •  针对相对地址计算 

  商1、余0

  对应就是  页号1、页内偏移0

  • 根据页号查页表,得到物理块号4#(设4#首地址为c),4#里存放的就是对应的页的数据。
  •   得相对地址10的物理地址就是 c+偏移0。

6.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。

5.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。

6.分页系统的地址变换机构:

7.访问内存的有效时间

定义: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

CPU操作一条指令需访问内存两次:

  • 访问内存中的页表(以计算指令所在的实际物理地址)
  • 访问指令内存地址

8.引入快表后的内存访问时间

快表的寄存器单元数量是有限的,不能装下一个进程的所有页表项。虽不能完全避免两次访问内存,但如果命中率a高还是能大幅度提高速度。

设一次查找访问快表时间为t' ,则

  EAT= a*t' + (1-a)(t'+t)    +    t

       = 2t +t' -t*a

9.两级页表

将页表分页,并离散地将页表的各个页面分别存放在不同的物理块中

为离散分配的页表再建立一张页表,称为“外层页表”,其每个表项记录了页表页面所在的物理块号。

二.基本分段存储管理方式

1.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。

2.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.分段下的相对地址:地址结构:段号 + 段内地址

4.段表:记录每段实际存放的物理地址

5.段表与地址变换机构

6.分段系统地址变换机构

7.分页和分段的主要区别

a.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。

b.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。

c.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。

d.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

8.分段系统的突出优点

  • 易于实现共享
  • 易于实现保护

三.段页式存储管理方式

1.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

2.地址变换过程

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