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学过计组的同学都了解一点页式管理#xff0c;就是将内存划分成较小的、大小固定的、等大的块。现在OS引入了进程的概念#xff0c;那么为了匹配内存的分块#xff0c;同样把进程也划分成同样大小的块。
这里区分两个概念
The chunks of a process are called p…页式管理
学过计组的同学都了解一点页式管理就是将内存划分成较小的、大小固定的、等大的块。现在OS引入了进程的概念那么为了匹配内存的分块同样把进程也划分成同样大小的块。
这里区分两个概念
The chunks of a process are called pages→进程划分的块称为页The chunks of memory are called frames/ page frames→内存划分的块叫做页框(物理页面、页帧) 从语义去分析页和页框的区别和联系把进程加载到内存相当于把页放到页框中
在组原的课程当中我们知道逻辑地址包括页号和页内偏移量有以下两个基本公式
页号逻辑地址/页面大小偏移量逻辑地址%页面大小 看一下这个例子 按照我们之前的分区和分页的概念假设用户空间大小是2700B访问地址是十进制的1502。按照分区的思想如图a所示访问按照分页思想如图b所示。
一般来说页面大小都是2的整数次幂可以直接通过位运算得到结果。比如页大小是1K 2^10那么偏移量 逻辑地址%页面大小 也就是逻辑地址后10位前面的6位就是页号。
下标从0开始所以page1是从上往下数第二个页面即从1024开始到2047结束然后偏移量offset478是针对于1024的基地址的相对位移。
最后我们可以看到图b在最下面有一段内部碎片就是page2中不会使用到的区域但是为了分页必须要分配。
分页的特点
没有外碎片每个内碎片不超过页大小一个程序不必连续存放支持虚拟存储便于改变程序占用空间的大小简单分页程序全部装入内存不易实现共享不便于动态连接
页表
为了便于管理进程操作系统为每个进程维护一张页表包含进程的每个页面所对应的页框位置(号)即逻辑地址和物理地址的映射关系。 如图所示OS给A、C、D进程分配了页框其中A是连续的0-3而C是连续的7-10D比较特殊是4-611-12空闲13-14。由于会出现像D这种分配的页框不连续的情况所以就必须使用页表专门记录。
接下来说一下地址映射关系和存储保护机制
如图所示页表开始地址b放在页表始址寄存器类似于基址寄存器。页表长度l放在页表长度寄存器防止地址越界。 根据图示地址映射关系可以按以下步骤描述 第一步比较运算
将逻辑地址对应的页号p与 l 进行比较比较条件为 P l这决定了数据流向哪个分支如果为真则地址越界抛出异常反之进行下一步。 第二步加法运算页表始址 b 和页号 p 通过bp*页表项长度查询页表得到的结果p就是所在页框的物理起始地址。 第三步输出映射在右侧分支p 和 d 直接结合作为输出得到真实的物理地址。 注之所以pl也被视为是地址越界因为我们的下标默认都是从0开始所以页号最大是l-1等于l也是非法的实际写过代码的同学会比较熟悉。
段式管理
类似进程的管理我们的程序在逻辑上也可以分开也就是我们常说的分段管理比如代码段、数据段等。段式管理中一般段长可变但是有最大段长。 段式地址有两个部分构成和页式管理类似
a segment number 段号an offset 段内偏移量 回到我们之前看的这个例子如图c采用段式存储每一个段长度不一偏移量指的是相对于每个段的起始地址。
接下来我们了解一下段式存储的内存划分和分配
内存划分内存空间被动态的划分为若干个长度不相同的区域这些区域被称为物理段每个物理段由起始地址和长度确定内存分配以段为单位分配内存每一个段在内存中占据连续空间但各段之间可以不连续存放
分析
没有内碎片外碎片可以通过内存压缩来消除一个程序不必连续存放支持虚拟存储便于改变进程占用空间的大小便于存储保护、共享简单分段进程全部装入内存
注存储保护和共享我们下一章节会详细来说
段表
与页式管理类似段式管理也有段表不过由于每个段的长度不同所以段表长度寄存器的值不是唯一的。
进程段表描述组成进程地址空间的各段可以是指向系统段表中表项的索引。每段有段基址(base address)和段长度系统段表系统内所有占用段,包含始值、段长等空闲段表内存中所有空闲段可以结合到系统段表中 段式管理内存的分配算法首次适配、下次适配、最佳适配等即动态分区。 具体流程如下
输入逻辑地址逻辑地址部分由段号 S 和段内地址 d 组成。地址越界检查通过段号S和Cl的比较判断地址越界方法同页式管理查找段表通过CbS*段表项长度查找段号找到对应的段基地址 b 和段长 l。地址越界检查将 d 与 l 比较确保 d 小于l即段内偏移小于段长。计算物理地址如果 d 在范围内计算物理地址 b d。 注由于段长是不固定的所以在计算得到物理地址之前会进行第二次检查地址越界
页式管理和段式管理的比较
分页是出于系统管理的需要分段是出于用户应用的需要。 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。页大小是系统固定的而段大小则通常不固定。逻辑地址表示 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。 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。 注这里的一维和二维是根据程序员编程的角度分析由于页的大小是固定的所以给出一个逻辑地址OS就可以直接对应到物理地址但是段的大小不一就必须给定段名和段内地址类似于基址变址寻址。
