操作系统第10讲课件

操作系统概念

第十讲 内存管理（2）OperatingSystemConceptionDavidfu本课总体纲要分页基本原理页表结构分段基本方法硬件保护与共享OperatingSystemConceptionDavidfu回顾上次课讲过的内存管理方法对于动态分区中的空闲空间的分配方法有几种？举例说明内存碎片有几种？OperatingSystemConceptionDavidfu分页－定义分页（Paging）：各个进程的虚拟空间被划分成若干个长度相等的页。基本方法：将物理内存分为固定大小的块，称为帧（Frame）。逻辑内存也分为固定大小的块，称为页（page）。页的大小通常为2的幂，根据计算机结构分为512B到16M字节不等。页与帧的大小一样。跟踪所有空闲的帧如果要允许具有n页的程序，需要定位n帧物理内存，然后将程序调入内存。建立页表，将逻辑地址转换成物理地址分页会产生内部碎片OperatingSystemConceptionDavidfu分页－硬件支持OperatingSystemConceptionDavidfu分页－举例OperatingSystemConceptionDavidfu分页－实现页表大多数操作系统为每个进程分配一个页表。页表的硬件实现方法：专用快速寄存器页表基寄存器（PTBR）页表长寄存器（PTLR）出现的问题：采用这种方法，访问一个字节需要两次内存访问（一次访问页表，一次访问字节）解决方法：采用小而专用快捷的硬件缓冲，称为翻译后备缓冲器（TLB:translationlook-asidebuffer）OperatingSystemConceptionDavidfu分页－有效访问时间（EAT）查找TLB所用时间t命中率：特定页码在TLB中被查找到的百分比－α。访问内存所用的时间是T。有效访问时间（EAT）：EAT=(T+t)×α＋（2×T＋t)×（1－α）OperatingSystemConceptionDavidfu分页－地址转换地址转换方法：页码 页偏移 m-n n页码：作为页表的索引页偏移：作为页的偏移pdOperatingSystemConceptionDavidfu分页－页表结构层次化分页哈希页表反向页表OperatingSystemConceptionDavidfu分页－层次化分页人们并不希望在内存中连续的分配这个页表。可以将页表划分为更小的部分。简单的划分使用两层分页算法一个逻辑地址（32位CPU，4K页）可以划分为：页码＝20bit页偏移量＝12bit因为要对页表再分页，所以该页码可分为10bit页码与10bit页偏移量。 10 10 12p1p2dOperatingSystemConceptionDavidfu分页－地址转换方法OperatingSystemConceptionDavidfu分页－哈希页表OperatingSystemConceptionDavidfu分页－反向页表问题：进程中页表跟踪消耗大量物理内存反向页表：对于每个真正的内存页或帧才有一个条目。每个条目包含保存在真正内存位置的页的虚拟地址，以及拥有该页的进程信息。优点：减少了存储每个页表所需要的内存空间缺点：当引用页时增加了查找页表所需要的时间。OperatingSystemConceptionDavidfu分页－反向页表OperatingSystemConceptionDavidfu分段分段：支持用户观点的内存管理方法在编译用户程序时，编译器会自动根据输入程序来构造段。一个段是一个逻辑单元：主程序过程函数方法对象局部变量，全局变量堆栈数组OperatingSystemConceptionDavidfu分段－层次结构逻辑地址包括：<段号，偏移>段表：映射到2维物理空间，每个表条目包括:基码：段的物理空间起始地址临界码：段的长度段表基寄存器（STBR）段表长寄存器(STLR)段码必须小于STLROperatingSystemConceptionDavidfu分段－举例OperatingSystemConceptionDavidfu分段－地址转换段号段长段起始地址010006K18004K26008K320010K设有一个主程序段号为2，段内偏移为200。段表如下，求其物理地址,要求画出地址转换图。OperatingSystemConceptionDavidfu分段管理优缺点分配首次适应最佳适应分段的优点：实现内外存统一管理，虚存每次交换的是一段有意义的信息动态重定位便于实现动态链接代码与数据共享分段管理的缺点：碎片问题比分页管理严重每段的长度受内存可用区大小限制OperatingSystemConceptionDavidfu分页与分段的区别分页分段信息的物理单位，实现非连续分配信息的逻辑单位。更好的实现共享页大小相等，由系统确定段大小不等，由用户所编写的程序确定地址空间是一维的地址空间是二维的。OperatingSystemConceptionDavidfu总结分页基本原理页表结构分段基本方法硬件保护与共享OperatingSystemConceptionDavidfu作业分段