操作系統(tǒng)第10講課件

操作系統(tǒng)概念

第十講 內(nèi)存管理（2）OperatingSystemConceptionDavidfu本課總體綱要分頁(yè)基本原理頁(yè)表結(jié)構(gòu)分段基本方法硬件保護(hù)與共享OperatingSystemConceptionDavidfu回顧上次課講過(guò)的內(nèi)存管理方法對(duì)于動(dòng)態(tài)分區(qū)中的空閑空間的分配方法有幾種？舉例說(shuō)明內(nèi)存碎片有幾種？OperatingSystemConceptionDavidfu分頁(yè)－定義分頁(yè)（Paging）：各個(gè)進(jìn)程的虛擬空間被劃分成若干個(gè)長(zhǎng)度相等的頁(yè)。基本方法：將物理內(nèi)存分為固定大小的塊，稱為幀（Frame）。邏輯內(nèi)存也分為固定大小的塊，稱為頁(yè)（page）。頁(yè)的大小通常為2的冪，根據(jù)計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)分為512B到16M字節(jié)不等。頁(yè)與幀的大小一樣。跟蹤所有空閑的幀如果要允許具有n頁(yè)的程序，需要定位n幀物理內(nèi)存，然后將程序調(diào)入內(nèi)存。建立頁(yè)表，將邏輯地址轉(zhuǎn)換成物理地址分頁(yè)會(huì)產(chǎn)生內(nèi)部碎片OperatingSystemConceptionDavidfu分頁(yè)－硬件支持OperatingSystemConceptionDavidfu分頁(yè)－舉例OperatingSystemConceptionDavidfu分頁(yè)－實(shí)現(xiàn)頁(yè)表大多數(shù)操作系統(tǒng)為每個(gè)進(jìn)程分配一個(gè)頁(yè)表。頁(yè)表的硬件實(shí)現(xiàn)方法：專用快速寄存器頁(yè)表基寄存器（PTBR）頁(yè)表長(zhǎng)寄存器（PTLR）出現(xiàn)的問(wèn)題：采用這種方法，訪問(wèn)一個(gè)字節(jié)需要兩次內(nèi)存訪問(wèn)（一次訪問(wèn)頁(yè)表，一次訪問(wèn)字節(jié)）解決方法：采用小而專用快捷的硬件緩沖，稱為翻譯后備緩沖器（TLB:translationlook-asidebuffer）OperatingSystemConceptionDavidfu分頁(yè)－有效訪問(wèn)時(shí)間（EAT）查找TLB所用時(shí)間t命中率：特定頁(yè)碼在TLB中被查找到的百分比－α。訪問(wèn)內(nèi)存所用的時(shí)間是T。有效訪問(wèn)時(shí)間（EAT）：EAT=(T+t)×α＋（2×T＋t)×（1－α）OperatingSystemConceptionDavidfu分頁(yè)－地址轉(zhuǎn)換地址轉(zhuǎn)換方法：頁(yè)碼 頁(yè)偏移 m-n n頁(yè)碼：作為頁(yè)表的索引頁(yè)偏移：作為頁(yè)的偏移pdOperatingSystemConceptionDavidfu分頁(yè)－頁(yè)表結(jié)構(gòu)層次化分頁(yè)哈希頁(yè)表反向頁(yè)表OperatingSystemConceptionDavidfu分頁(yè)－層次化分頁(yè)人們并不希望在內(nèi)存中連續(xù)的分配這個(gè)頁(yè)表?？梢詫㈨?yè)表劃分為更小的部分。簡(jiǎn)單的劃分使用兩層分頁(yè)算法一個(gè)邏輯地址（32位CPU，4K頁(yè)）可以劃分為：頁(yè)碼＝20bit頁(yè)偏移量＝12bit因?yàn)橐獙?duì)頁(yè)表再分頁(yè)，所以該頁(yè)碼可分為10bit頁(yè)碼與10bit頁(yè)偏移量。 10 10 12p1p2dOperatingSystemConceptionDavidfu分頁(yè)－地址轉(zhuǎn)換方法OperatingSystemConceptionDavidfu分頁(yè)－哈希頁(yè)表OperatingSystemConceptionDavidfu分頁(yè)－反向頁(yè)表問(wèn)題：進(jìn)程中頁(yè)表跟蹤消耗大量物理內(nèi)存反向頁(yè)表：對(duì)于每個(gè)真正的內(nèi)存頁(yè)或幀才有一個(gè)條目。每個(gè)條目包含保存在真正內(nèi)存位置的頁(yè)的虛擬地址，以及擁有該頁(yè)的進(jìn)程信息。優(yōu)點(diǎn)：減少了存儲(chǔ)每個(gè)頁(yè)表所需要的內(nèi)存空間缺點(diǎn)：當(dāng)引用頁(yè)時(shí)增加了查找頁(yè)表所需要的時(shí)間。OperatingSystemConceptionDavidfu分頁(yè)－反向頁(yè)表OperatingSystemConceptionDavidfu分段分段：支持用戶觀點(diǎn)的內(nèi)存管理方法在編譯用戶程序時(shí)，編譯器會(huì)自動(dòng)根據(jù)輸入程序來(lái)構(gòu)造段。一個(gè)段是一個(gè)邏輯單元：主程序過(guò)程函數(shù)方法對(duì)象局部變量，全局變量堆棧數(shù)組OperatingSystemConceptionDavidfu分段－層次結(jié)構(gòu)邏輯地址包括：<段號(hào)，偏移>段表：映射到2維物理空間，每個(gè)表?xiàng)l目包括:基碼：段的物理空間起始地址臨界碼：段的長(zhǎng)度段表基寄存器（STBR）段表長(zhǎng)寄存器(STLR)段碼必須小于STLROperatingSystemConceptionDavidfu分段－舉例OperatingSystemConceptionDavidfu分段－地址轉(zhuǎn)換段號(hào)段長(zhǎng)段起始地址010006K18004K26008K320010K設(shè)有一個(gè)主程序段號(hào)為2，段內(nèi)偏移為200。段表如下，求其物理地址,要求畫出地址轉(zhuǎn)換圖。OperatingSystemConceptionDavidfu分段管理優(yōu)缺點(diǎn)分配首次適應(yīng)最佳適應(yīng)分段的優(yōu)點(diǎn)：實(shí)現(xiàn)內(nèi)外存統(tǒng)一管理，虛存每次交換的是一段有意義的信息動(dòng)態(tài)重定位便于實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)鏈接代碼與數(shù)據(jù)共享分段管理的缺點(diǎn)：碎片問(wèn)題比分頁(yè)管理嚴(yán)重每段的長(zhǎng)度受內(nèi)存可用區(qū)大小限制OperatingSystemConceptionDavidfu分頁(yè)與分段的區(qū)別分頁(yè)分段信息的物理單位，實(shí)現(xiàn)非連續(xù)分配信息的邏輯單位。更好的實(shí)現(xiàn)共享頁(yè)大小相等，由系統(tǒng)確定段大小不等，由用戶所編寫的程序確定地址空間是一維的地址空間是二維的。OperatingSystemConceptionDavidfu總結(jié)分頁(yè)基本原理頁(yè)表結(jié)構(gòu)分段基本方法硬件保護(hù)與共享OperatingSystemConceptionDavidfu作業(yè)分段