操作系统-分页与分段储存管理方式

内存的连续分配方式都存在明显缺陷，如果允许将一个进程分散地装入到许多不相邻的分区中，便可充分地利用内存，从而产生非连续分配方式。 非连续分配：为用户进程分配的可以是一些分散的内存空间。 # 基本分页存储管理 思想：把内存分为一个个相等的小分区，再按照分区大小把进程拆分成一个个小部分。 - 每个内存分区称为“页框”、“页帧”、“内存块”、“物理块”； - 每个页框有一个编号，成为“页框号”、“页帧号”“内存块号”、“物理块号”； - 每个用户进程拆分成的部分称为“页”、“页面”，页面与页框一一对应，页面编号称为“页号”； - 进程的最后一个页面小于页框，会产生内部碎片； ## 页表与页表项 为了能知道进程的每个页面在内存中存放的位置，操作系统要为每个进程建立一张页表。 - 一个进程对应一张页表； - 页表项：进程的每一页对应一个页表项，每个页表项由页号和块号组成； - 页表记录进程页面（页号，连续）和实际存放的内存块（块号，非连续）之间的对应关系； - 各页表项会按顺序连续地存放在内存中（因此页号是隐含的，只需要存放块号的空间），实际中通常使一个页框放入整数个页表项； ## 地址转换 逻辑地址由页号+页内偏移量组成。假如由32个二进制位表示逻辑地址，页面大小为4KB，则前20位表示页号，后12位表示页内偏移量（2^{12B=4KB），且最多有2}20个页面。 逻辑地址转换成物理地址： - 根据逻辑地址计算页号（逻辑地址/页面长度）、页内偏移量（逻辑地址%页面长度）； -页号合法性检查（与页表长度对比）； -根据页表起始地址、页号找到对应页表项； - 根据页表项记录的内存块号、页内偏移量得到物理地址； - 访问内存单元； ## 两级页表 页表必须连续存放，在单级页表中，当页表很大时，需要占用很多个连续的页框。 可以将页表再分页，形成两级页表或多级页表（为页表建立页表）。 - 逻辑地址结构：一级页号+二级页号+页面偏移量； - 页目录表、外层页表、顶级页表； 两级页表的地址转换 - 根据逻辑地址得到一级页号、二级页号、页面偏移量 - 从PCB中读出页目录表始址，根据一级页号查找页目录表，找到下一级页表在内存中的存放位置； - 根据二级页号查表，找到最终想访问的内存块号； - 结合页内偏移量得到物理地址； # 基本分段存储管理 分段：将地址空间按程序自身的逻辑关系划分为若干个段，每段从0开始编址。每个段在内存中占据连续空间，但各段之间可以不相邻。 逻辑地址：段号（段名）+段内地址（段内偏移量） - 段号的位数决定了每个进程可以分几个段； - 段内地址位数决定了每个段的最大长度是多少； ## 段表 - 每个段对应一个段表项，记录了该段在内存中的起始位置（基址）、段的长度； - 各个段表项的长度是相同的，段号是隐含的； ## 地址转换 - 由逻辑地址得到段号、段内地址； - 段号与段表寄存器中的段表长度比较，检查是否越界； - 由段表始址、段号找到对应段表项； - 根据段表中记录的段长，检查段内地址是否越界； - 由段表中记录的基址、段内地址得到物理地址； - 访问内存单元； ## 分段、分页管理的比较

分页管理	分段管理
页是信息的物理单位	段是信息的逻辑单位
分页对用户不可见	分段对用户可见
页的大小固定	段的大小决定于用户编写的程序
地址空间一维	地址空间二维
空间利用率高，不会产生外部碎片	会产生外部碎片
分段更容易实现信息的共享和保护
访问一个逻辑地址都需要两次访存

段页式管理方式

段页式管理：将进程按逻辑模块分段，再将各段分页，再将内存空间分为大小相同的内存块。 逻辑地址：段号+页号+页内偏移量 ## 段表、页表 - 每个段对应一个段表项，由段号（隐含）、页表长度、页表存放块号组成； - 每个页面对应一个页表项，每个页表项由页号（隐含）、页面存放的内存块号组成 ## 地址变换 - 由逻辑地址得到段号、页号、页面偏移量； - 段号与段表寄存器中的段长度比较，检查是否越界； - 由段表始址、段号找到对应的段表项； - 根据段表中记录的页表长度，检查页号是否越界； - 由段表中的页表地址、页号查询页表，找到对应页表项； - 由页面存放的内存块号、页内偏移量得到最终的物理地址； - 访问目标单元；