第三部分 操作系统-内存

一、计算机体系结构

（1）CPU：程序执行控制

（2）内存：存放代码和数据

（3）设备：硬盘、键盘、鼠标等外设

 

二、地址空间和地址生成

1、地址空间定义

• 物理地址空间：硬件支持的地址空间
• 逻辑地址空间：一个运行的程序所拥有的内存范围

2、逻辑地址生成

• C语言：编译、汇编、链接、载入（程序重定位，经过这步程序从磁盘到内存中）
• 编译：将基于符号的地址变为逻辑地址
• 操作系统：逻辑地址、物理地址之间的映射

3、物理地址生成

（1）cpu

• 运算器需要在逻辑地址的内存内容
• 内存管理单元 MMU 寻找在逻辑地址和物理地址之间的映射
• 控制器从总线发送在物理地址的内存内容的请求

（2）内存

• 内存发送物理地址内存的内容给 CPU

（3）操作系统

• 建立逻辑地址和物理地址之间的映射

 

三、连续内存分配

1、内存碎片问题

• 空闲内存不能被利用
• 外部碎片
• 内部碎片

2、分区的动态分配

（1）什么时候需要内存分配

当一个程序准许运行在内存中时，分配一个连续的区间；

分配一个连续的内存区间给运行的程序以访问数据

（2）分配策略

• 首次适配
• 最优适配
• 最差适配

3、碎片整理

　　a. 压缩式碎片整理：把运行程序在内存中移动

　　b. 交换式碎片整理：主存——>磁盘（虚拟内存）

 

四、非连续内存分配

1、分段

（1）作用：更好的分离和共享

（2）实现：逻辑地址空间分散到多个物理地址空间

（3）分段寻址方案 —— 段访问机制

• 段号、段内偏移
• 操作系统设置段表

2、分页

（1）实现

• 划分物理内存至固定大小的帧 Frame
• 划分逻辑地址空间至相同大小的页 Page

（2）帧Frame

• 帧号、帧内偏移
• 可以得出物理地址

（3）页page

• 页号、页内偏移
• 可以得出逻辑地址

（4）页寻址方案——页寻址机制

• 页号、页表基址
• 操作系统建立页表
• 页表保存了逻辑地址–物理地址之间的映射关系
• CPU——>逻辑地址——>页表——>物理地址——>物理内存空间

3、页表

（1）页表结构

每个运行的程序都有一个页表

（2）TLB

• 关联内存实现、具备快速访问性能，缓存及其访问的页帧转换表项、节省空间
• 如果 TLB 命中，物理页号可以很快被获取
• 未命中，对应的表项被更新到 TLB 中

（3）二级页表

• pageNumber 分为两块 p1、p2
• 节省空间、开销大、时间换空间

（4）多级页表

（5）反向页表

• 基于页寄存器的方案
• 基于关联内存的方案
• 基于哈希查找的方案