操作系統(tǒng)第10講課件

操作系統(tǒng)概念

第十講 內(nèi)存管理（2）OperatingSystemConceptionDavidfu本課總體綱要分頁基本原理頁表結(jié)構(gòu)分段基本方法硬件保護與共享OperatingSystemConceptionDavidfu回顧上次課講過的內(nèi)存管理方法對于動態(tài)分區(qū)中的空閑空間的分配方法有幾種？舉例說明內(nèi)存碎片有幾種？OperatingSystemConceptionDavidfu分頁－定義分頁（Paging）：各個進程的虛擬空間被劃分成若干個長度相等的頁?；痉椒ǎ簩⑽锢韮?nèi)存分為固定大小的塊，稱為幀（Frame）。邏輯內(nèi)存也分為固定大小的塊，稱為頁（page）。頁的大小通常為2的冪，根據(jù)計算機結(jié)構(gòu)分為512B到16M字節(jié)不等。頁與幀的大小一樣。跟蹤所有空閑的幀如果要允許具有n頁的程序，需要定位n幀物理內(nèi)存，然后將程序調(diào)入內(nèi)存。建立頁表，將邏輯地址轉(zhuǎn)換成物理地址分頁會產(chǎn)生內(nèi)部碎片OperatingSystemConceptionDavidfu分頁－硬件支持OperatingSystemConceptionDavidfu分頁－舉例OperatingSystemConceptionDavidfu分頁－實現(xiàn)頁表大多數(shù)操作系統(tǒng)為每個進程分配一個頁表。頁表的硬件實現(xiàn)方法：專用快速寄存器頁表基寄存器（PTBR）頁表長寄存器（PTLR）出現(xiàn)的問題：采用這種方法，訪問一個字節(jié)需要兩次內(nèi)存訪問（一次訪問頁表，一次訪問字節(jié)）解決方法：采用小而專用快捷的硬件緩沖，稱為翻譯后備緩沖器（TLB:translationlook-asidebuffer）OperatingSystemConceptionDavidfu分頁－有效訪問時間（EAT）查找TLB所用時間t命中率：特定頁碼在TLB中被查找到的百分比－α。訪問內(nèi)存所用的時間是T。有效訪問時間（EAT）：EAT=(T+t)×α＋（2×T＋t)×（1－α）OperatingSystemConceptionDavidfu分頁－地址轉(zhuǎn)換地址轉(zhuǎn)換方法：頁碼 頁偏移 m-n n頁碼：作為頁表的索引頁偏移：作為頁的偏移pdOperatingSystemConceptionDavidfu分頁－頁表結(jié)構(gòu)層次化分頁哈希頁表反向頁表OperatingSystemConceptionDavidfu分頁－層次化分頁人們并不希望在內(nèi)存中連續(xù)的分配這個頁表。可以將頁表劃分為更小的部分。簡單的劃分使用兩層分頁算法一個邏輯地址（32位CPU，4K頁）可以劃分為：頁碼＝20bit頁偏移量＝12bit因為要對頁表再分頁，所以該頁碼可分為10bit頁碼與10bit頁偏移量。 10 10 12p1p2dOperatingSystemConceptionDavidfu分頁－地址轉(zhuǎn)換方法OperatingSystemConceptionDavidfu分頁－哈希頁表OperatingSystemConceptionDavidfu分頁－反向頁表問題：進程中頁表跟蹤消耗大量物理內(nèi)存反向頁表：對于每個真正的內(nèi)存頁或幀才有一個條目。每個條目包含保存在真正內(nèi)存位置的頁的虛擬地址，以及擁有該頁的進程信息。優(yōu)點：減少了存儲每個頁表所需要的內(nèi)存空間缺點：當(dāng)引用頁時增加了查找頁表所需要的時間。OperatingSystemConceptionDavidfu分頁－反向頁表OperatingSystemConceptionDavidfu分段分段：支持用戶觀點的內(nèi)存管理方法在編譯用戶程序時，編譯器會自動根據(jù)輸入程序來構(gòu)造段。一個段是一個邏輯單元：主程序過程函數(shù)方法對象局部變量，全局變量堆棧數(shù)組OperatingSystemConceptionDavidfu分段－層次結(jié)構(gòu)邏輯地址包括：<段號，偏移>段表：映射到2維物理空間，每個表條目包括:基碼：段的物理空間起始地址臨界碼：段的長度段表基寄存器（STBR）段表長寄存器(STLR)段碼必須小于STLROperatingSystemConceptionDavidfu分段－舉例OperatingSystemConceptionDavidfu分段－地址轉(zhuǎn)換段號段長段起始地址010006K18004K26008K320010K設(shè)有一個主程序段號為2，段內(nèi)偏移為200。段表如下，求其物理地址,要求畫出地址轉(zhuǎn)換圖。OperatingSystemConceptionDavidfu分段管理優(yōu)缺點分配首次適應(yīng)最佳適應(yīng)分段的優(yōu)點：實現(xiàn)內(nèi)外存統(tǒng)一管理，虛存每次交換的是一段有意義的信息動態(tài)重定位便于實現(xiàn)動態(tài)鏈接代碼與數(shù)據(jù)共享分段管理的缺點：碎片問題比分頁管理嚴重每段的長度受內(nèi)存可用區(qū)大小限制OperatingSystemConceptionDavidfu分頁與分段的區(qū)別分頁分段信息的物理單位，實現(xiàn)非連續(xù)分配信息的邏輯單位。更好的實現(xiàn)共享頁大小相等，由系統(tǒng)確定段大小不等，由用戶所編寫的程序確定地址空間是一維的地址空間是二維的。OperatingSystemConceptionDavidfu總結(jié)分頁基本原理頁表結(jié)構(gòu)分段基本方法硬件保護與共享OperatingSystemConceptionDavidfu作業(yè)分段