内存离散分配、分页、分段

连续分配方式：一个进程连续的装进内存一个大小合适的区。
“碎片”  “紧凑”  增大开销
如果允许一个进程直接分散装入多个不相邻分区中，则无需“紧凑”
产生存储管理的离散分配方式。

基本分页存储管理

比较连续分配方式
作业逻辑地址空间有M大，就需要向内存申请一个M大的连续区域。
分页的目的是更细粒度的处理空间，减少粗放管理的浪费或开销问题。
离散分配内存：
作业规定大小划分成小份；内存也按同样大小划分成小份
作业的任一小份可分散放入内存任意未使用的小份
分页方式下，内存的使用率高，浪费少。但不是绝对没有碎片（进程的最后一页不总是能占满一个物理块）

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。
① 物理划分块的大小 = 逻辑划分的页的大小
②页面大小要适中。

2）页表的概念
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。
每个作业有自己的页表
页表的作用：页号到物理块号的地址映射

3）地址的处理
连续方式下，每条指令用基地址+偏移量即可找到其物理存放的地址。

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。

4）地址变换机构
页表数据放在内存。只设置一个页表寄存器PTR（page table register）记录页表在内存中的首地址和页表长度，运行时快速定位页表。
分页系统中，进程创建，放入内存，构建页表，在PCB中记录页表存放在内存的首地址及页表长度。

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）

5）快表

基本分页机制下，一次指令需两次内存访问，处理机速度降低1/2，分页空间效率的提高以如此的速度为代价，得不偿失。
改进：减少第1步访问内存的时间。增设一个具有“并行查询”能力的高速缓冲寄存器，称为“快表”，也称“联想寄存器”（Associative memory），IBM系统称为TLB（Translation Look aside Buffer）。
快表放正在执行进程的页表的数据项。
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

6）多级页表
进程分页离散存放，但页表的数据是连续在存放内存的。而页表可能很大。
①两级页表
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。

 

 

②多级页表
64位操作系统下，两级仍然不足以解决页表过大问题时，可按同样道理继续分页下去形成多级页表。
③反置页表
站在物理块的角度，记录占用它的已调入内存的进程标识和页号。

基本分段存储管理

从提高内存利用率角度；
固定分区  动态分区 分页
从满足并方便用户（程序员）和使用上的要求角度：
分段存储管理：作业分成若干段，各段可离散放入内存，段内仍连续存放。
方便编程：如汇编中通过段：偏移确定数据位置
信息共享：同地位的数据放在一块方便进行共享设置
信息保护
动态增长：动态增长的数据段事先固定内存不方便
动态链接：往往也是以逻辑的段为单位更方便
1）分段系统的基本原理
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。
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）
分段下的相对地址：
地址结构：段号 + 段内地址
段表：记录每段实际存放的物理地址
2）段表与地址变换机构
段是连续存放在内存中。段表中针对每个“段编号”记录：“内存首地址”和“段长”
3）分页和分段的主要区别 ★ ★ ★
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。
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。
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。
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
4）信息共享
分段系统的突出优点：
易于实现共享
在分段系统中，实现共享十分容易，只需在每个进程的段表中为共享程序设置一个段表项。
对同样的共享内容的管理上，很明显分段的空间管理更简单。分页的图涉及太多的页面划分和地址记录的管理。
易于实现保护：
代码的保护和其逻辑意义有关，分页的机械式划分不容易实现。
5）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