操作系统之内存管理

L20 内存使用和分段

• Memory and Segmentation
• 内存使用：将程序放到内存中，PC指向开始地址
• 重定位：修改程序中的地址（是相对地址）-即逻辑地址
• 什么时候完成重定位？（编译时，程序只能放在内存固定的位置；载入时，一旦载入就不能动，灵活，慢一些）

• 但是程序载入后乃需要移动

  

• 运行是重定位
• 执行指令都要从逻辑地址算出物理地址：地址翻译

• 基地址放在PCB中

  

• 程序分段

  

• PCB要放每段的基址

  

• GDT表是操作系统的段表，LDT每个进程的段表

L21内存分区与分页

• Memory Partition and paging
• 编译时，将代码分段，然后在内存中找到空闲的分区，将数据从磁盘读入到内存中（设备驱动）
• 内存怎么分割？
• 1.固定分区（需求不一）

• 2.可变分区

• 分页：解决内存分区导致的内存效率问题
  

• 将请求内存打散--->引出物理内存分页

• 页表地址表示
• MMU内存管理单元，地址%页表大小（4K）=>左移12位，商为页码，余数为页内偏移
• 逻辑地址和物理地址

• 一个程序多个段组成，每个段打散成多个页，分配到内存中的多个页中

  

多级页表和快表

• Multilevel Paging
• 页表机制实际有问题，引出多级页表
• 为了提高内存空间利用率，页应该小，但是页小了页表就大了
• 页表大了，页表放置就成问题了
• 这里的页号和地址位数有关（逻辑地址），页框号和物理内存有关；大部分的页号（逻辑地址）不会用到

• 无效的页号（部分逻辑页号没有使用）

  

• 只存放用到的页
• 每执行一次指令，都需要查询页表一次，这样指令执行的速度就变慢了
• 这样必须页号连续才行，
  
• 多级页表
• 32位地址，逻辑地址分成3部分。
• 内存中页表变得很小
  
• 访问12MH的内存空间，但是只需要16K的内存空间

• 访问时间变长，尤其是64位系统

  

• 块表（TLB）一组相联快速存储
• 块表+多级页表==>保证了空间利用和时间的折中
  
• TLB越大，越好，但是成本越高，一般[64,1000].

• 程序的地址访问存在局部性，空间局部性，程序多体现为循环，顺序结构

L23 段页结合的实际内存管理

• Segmentation and Paging
• 虚拟内存 / 地址空间 将段页结合起来
• 先在虚拟内存分段，然后再分页载入内存
  
• 重定位（地址翻译）
• 两层地址翻译：段和页翻译

• 从用户的角度有段--内存硬件的角度看页

  

• 一个实际的段，页式内存管理
  
• 如何载入内存
  
• 5步实现
• 分配虚存，建段表

• GDT表是操作系统的段表，LDT每个进程的段表

  

• 父子进程都有自己的虚拟内存和物理内存，内存共用父进程的，然后进程就放在内存中

• 第5步内存用起来