操作系统：分页与分段存储管理方式

• 连续内存分配的缺点
  • 分配给一个程序的物理内存是连续的
  • 内存利用率较低
  • 有外碎片、内碎片的问题
• 非连续内存分配的优点
  • 一个程序的物理地址空间是非连续的
  • 更好的内存利用和管理
  • 允许共享代码与数据
  • 支持动态加载和动态链接
• 非连续内存分配的缺点：
  • 如何建立虚拟地址和物理地址之间的转换（硬件方案、软件方案）
• 两种硬件方案
  • 分段
    
    
  • 分页
    • 划分物理内存至固定大小的帧（frame）：大小是2的幂
    • 划分逻辑地址空间至相同大小的页（page）：大小是2的幂
      
    • 分页机制性能问题：
      • 访问一个内存单元需要2次内存访问：一次用于获得页表项，一次用于访问数据
      • 页表可能非常大（如何处理？ 缓存 + 间接访问（多级页表））
    • TLB
      • TLB是一种访问速度比内存快很多的高速缓存（TLB不是内存！）。
      • 若快表命中，则直接取出该页对应的帧号，再将帧号和页内偏移组合形成物理地址。（一次访问内存）
      • 若快表未命中，则需要访问内存中的页表，找到对应页表项，获得页表项存放的帧号，再将帧号与页内偏移组合形成物理地址。（两次访问内存）
        
    • 多级页表
      • 多级页表的访问次数（假设没有快表） --- n级页表访问一个逻辑地址需要n+1次访问内存。
• 分段与分页内存管理的区别
  • 分段划分的是程序的逻辑地址空间。分段对用户是可见的。
  • 分页划分的是物理内存空间。分页对用户是不可见的。
  • 页的大小固定，且由系统决定。段的长度不固定，决定于用户编写的程序。
  • 分页的用户进程地址空间是一维的。分段的用户进程地址空间是二维的。
  • 分段、分页都需要两次访问内存（分段页可以引入快表）。