存储管理的离散分配方式


基本分页存储管理方式

 

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。
太大,(最后一页)内碎片增大,类似连续分配的问题。
太小的话,页面碎片总空间虽然小,提高了利用率,但每个进程的页面数量较多,页表过长,反而又增加了空间使用。


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
要找到作业A
关键是找到页表(PCB)
根据页表找物理块

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。

作业相对地址在分页下不同位置的数有一定的意义结构:
页号+页内地址(即页内偏移)
关键的计算是:根据系统页面大小找到不同意义二进制位的分界线。
从地址中分析出页号后,地址映射只需要把页号改为对应物理块号,偏移不变,即可找到内存中实际位置。


4)地址变换机构


地址变换过程
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。
运行某进程A时,将A进程PCB中的页表信息写入PTR中;
每执行一条指令时,根据分页计算原理,得到指令页号X和内部偏移量Y;
CPU高速访问PTR找到页表在哪里;

查页表数据,得到X实际对应存放的物理块,完成地址映射计算,最终在内存找到该指令。

5)引入快表——针对访问速度问题

 

6)两级、多级页表,反置页表 ——针对大页表占用内存问题


页表大小的讨论
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:
现代操作系统支持非常大的逻辑地址空间的进程。如32位系统,可编址的最大代码数为232,若页面大小为4KB(4*210),则支持的最大进程页表项数可达码232/212=220,有1M个,每个页表项占1B(字节),则页表大小就有1MB
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。

 

 

基本分段存储管理方式


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。如代码段(主程序段main,子程序段X)、数据段D、栈段S等。
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

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。
比较课本图。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。