A. 操作系统中的动态重定位和静态重定位
静态重定位:即在程序装入内存的过程中完成,是指在程序开始运行前,程序中的各个地址有关的项均已完成重定位,地址变换通常是在装入时一次完成的,以后不再改变,故称为静态重定位。
动态重定位:它不是在程序装入内存时完成的,而是CPU每次访问内存时 由动态地址变换机构(硬件)自动进行把相对地址转换为绝对地址。动态重定位需要软件和硬件相互配合完成。
(1)基本分页存储管理是动态重定位吗扩展阅读
在装入程序前,系统会计算未使用的内存,然后将程序装入,并记下开始地址。在执行有相对地址的指令时,会将所有的地址加个刚才记下的开始地址,就叫重定位。
程序放在不连续的实际物理空间中,要进行逻辑地址到物理地址的转换,实现动态重定位一般需要段页式存储管理,页式存储管理用的不是寄存器,使用的是称为page table(页表)的数据结构page table记录了所有逻辑地址到物理地址的转换信息,进程切换的时候需要冲洗硬件上的page table 。
B. 操作系统的页式地址转换、段式地址转换、静态重定位、动态重定位的大致原理
页式地址转换:用户作业的地址空间被分割成若干大小相等的区域,称作页或页面。相应的,将内存的存储空间也分为也页大小 相等的 区域,称作块(Page Frame)。在作业分配存储空间时,总是以块为单位分配,简单说就是将任意页分配到任意块中。(注意:作业调度时必须一次将全部页一次调度,故内存中块不足时等待)
段式地址转换:简单与页式相区别在于段式按照逻辑关系将作业进行分段,使每一段逻辑关系完整,不会像页式那样,可能由于页面大小固定的原因,使一个作业被分成两半、多半。段式中,每段被分配一个连续的存储空间,各段之间是独立的,每段均有自己的地址。
静态重定位:在装入作业时,将作业中指令地址和数据地址全部转换为物理地址。
动态重定位:在装入作业时不进行转换,而是在执行过程中将每一条指令都由硬件的地址转换机构转换成绝对地址。
C. 操作系统页式存储管理的问题
存储管理的基本原理内存管理方法 内存管理主要包括内存分配和回收、地址变换、内存扩充、内存共享和保护等功能。 下面主要介绍连续分配存储管理、覆盖与交换技术以及页式与段式存储管理等基本概念和原理。 1. 连续分配存储管理方式 连续分配是操作系统页式存储管理的问题
D. 分页存储管理的基本思想
分页式存储管理的基本原理:采用分页存储器允许把一个作业存放到若干不相邻的分区中,既可免去移动信息的工作,又可尽量减少主存的碎片。分页式存储管理的基本原理如下: 1、 页框:物理地址分成大小相等的许多区,每个区称为一块; 2、址分成大小相等的区,区的大小与块的大小相等,每个称一个页面。 3、 逻辑地址形式:与此对应,分页存储器的逻辑地址由两部分组成,页号和单元号。逻辑地址格式为 页号 单元号(页内地址) 4、页表和地址转换:如何保证程序正确执行呢?采用的办法是动态重定位技术,让程序的指令执行时作地址变换,由于程序段以页为单位,所以,我们给每个页设立一个重定位寄存器,这些重定位寄存器的集合便称页表。页表是操作系统为每个用户作业建立的,用来记录程序页面和主存对应页框的对照表,页表中的每一栏指明了程序中的一个页面和分得的页框的对应关系。绝对地址=块号*块长+单元号 以上从拓扑结构角度分析了对称式与非对称式虚拟存储方案的异同,实际从虚拟化存储的实现原理来讲也有两种方式;即数据块虚拟与虚拟文件系统. 数据块虚拟存储方案着重解决数据传输过程中的冲突和延时问题.在多交换机组成的大型Fabric结构的SAN中,由于多台主机通过多个交换机端口访问存储设备,延时和数据块冲突问题非常严重.数据块虚拟存储方案利用虚拟的多端口并行技术,为多台客户机提供了极高的带宽,最大限度上减少了延时与冲突的发生,在实际应用中,数据块虚拟存储方案以对称式拓扑结构为表现形式. 虚拟文件系统存储方案着重解决大规模网络中文件共享的安全机制问题.通过对不同的站点指定不同的访问权限,保证网络文件的安全.在实际应用中,虚拟文件系统存储方案以非对称式拓扑结构为表现形式. 虚拟存储技术,实际上是虚拟存储技术的一个方面,特指以CPU时间和外存空间换取昂贵内存空间的操作系统中的资源转换技术 基本思想:程序,数据,堆栈的大小可以超过内存的大小,操作系统把程序当前使用的部分保留在内存,而把其他部分保存在磁盘上,并在需要时在内存和磁盘之间动态交换,虚拟存储器支持多道程序设计技术 目的:提高内存利用率管理方式A 请求式分页存储管理 在进程开始运行之前,不是装入全部页面,而是装入一个或零个页面,之后根据进程运行的需要,动态装入其他页面;当内存空间已满,而又需要装入新的页面时,则根据某种算法淘汰某个页面,以便装入新的页面 B 请求式分段存储管理 为了能实现虚拟存储,段式逻辑地址空间中的程序段在运行时并不全部装入内存,而是如同请求式分页存储管理,首先调入一个或若干个程序段运行,在运行过程中调用到哪段时,就根据该段长度在内存分配一个连续的分区给它使用.若内存中没有足够大的空闲分区,则考虑进行段的紧凑或将某段或某些段淘汰出去,这种存储管理技术称为请求式分段存储管理
E. 内存为程序分配空间的四种分配方式
存储器是个宝贵但却有限的资源。一流的操作系统,需要能够有效地管理及利用存储器。
内存为程序分配空间有四种分配方式:
1、连续分配方式
2、基本分页存储管理方式
3、基本分段存储管理方式
4、段页式存储管理方式
首先讲连续分配方式。 连续分配方式 出现的时间比较早,曾广泛应用于20世纪60~70年代的OS中,但是它至今仍然在内存管理方式中占有一席之地,原因在于它 实现起来比较方便,所需的硬件支持最少 。连续分配方式又可细分为四种: 单一连续分配、固定分区分配、动态分区分配和动态重定位分区分配 。
其中固定分区的分配方式,因为分区固定,所以缺乏灵活性,即 当程序太小时,会造成内存空间的浪费( 内部碎片 ) ; 程序太大时,一个分区又不足以容纳,致使程序无法运行( 外部碎片 ) 。但尽管如此,当一台计算机去控制多个相同对象的时候,由于这些对象内存大小相同,所以完全可以采用这种内存管理方式,而且是最高效的。这里我们可以看出存储器管理机制的多面性:没有那种存储器管理机制是完全没有用的,在适合的场合下,一种被认为最不合理的分配方案却可能称为最高效的分配方案。 一切都要从实际问题出发,进行设计。
为了解决固定分区分配方式的缺乏灵活性,出现了 动态分配方式 。动态分配方式采用一些 寻表(Eg: 空闲链表 ) 的方式,查找能符合程序需要的空闲内存分区。但代价是增加了系统运行的开销,而且内存空闲表本身是一个文件,必然会占用一部分宝贵的内存资源,而且有些算法还会增加内存碎片。
可重定位分区分配通过对程序实现成定位,从而可以将内存块进行搬移,将小块拼成大块,将小空闲“紧凑”成大空闲,腾出较大的内存以容纳新的程序进程。
连续分配方式 会形成许多“碎片”,虽然可以通过“紧凑”方式将许多碎片拼接成可用的大块空间,但须为之付出很大开销。所以提出了“ 离散分配方式 ”的想法。如果 离散分配的基本单位是页 ,则称为 分页管理方式 ;如果离散分配的基本单位是段,则称为 分段管理方式 。
分页存储管理是将一个进程的逻辑地址空间分成若干个大小相等的片,称为页面或页,并为各页加以编号,从0开始,如第0页、第1页等。相应地,也把内存空间分成与页面相同大小的若干个存储块,称为(物理)块或页框(frame),也同样为它们加以编号,如0#块、1#块等等。在为进程分配内存时,以块为单位将进程中的若干个页分别装入到多个可以不相邻接的物理块中。由于进程的最后一页经常装不满一块而形成了不可利用的碎片,称之为“ 页内碎片 ”。
在分页系统中,允许将进程的各个页离散地存储在内存不同的物理块中(所以能实现离散分配方式) ,但系统应能保证进程的正确运行,即能在内存中找到每个页面所对应的物理块。为此,系统又为每个进程建立了一张页面映像表,简称 页表 。在进程地址空间内的所有页,依次在页表中有一页表项,其中记录了相应页在内存中对应的物理块号。在配置了页表后,进程执行时,通过查找该表,即可找到每页在内存中的物理块号。可见, 页表的作用是实现从页号到物理块号的地址映射 。
为了能够将用户地址空间中的 逻辑地址,变换为内存空间中的物理地址 ,在系统中必须设置 地址变换机构 。地址变换任务是借助于页表来完成的。
页表 的功能可由一组专门的寄存器来实现。由于寄存器成本较高,且大多数现代计算机的页表又很大,使页表项总数可达几千甚至几十万个,显然这些页表项不可能都用寄存器来实现,因此,页表大多驻留在内存中。因为一个进程可以通过它的PCB来时时保存自己的状态,等到CPU要处理它的时候才将PCB交给寄存器,所以,系统中虽然可以运行多个进程,但也只需要一个页表寄存器就可以了。
由于 页表是存放在内存中 的,这使得 CPU在每存取一个数据时,都要两次访问内存 。为了提高地址变换速度,在地址变化机构中增设了一个 具有并行查询能力的高速缓冲寄存器 ,又称为“联想寄存器”(Associative Lookaside Buffer)。
在单级页表的基础上,为了适应非常大的逻辑空间,出现了两级和多级页表,但是,他们的原理和单级页表是一样的,只不过为了适应地址变换层次的增加,需要在地址变换机构中增设外层的页表寄存器。
分段存储管理方式 的目的,主要是为了满足用户(程序员)在编程和使用上多方面的要求,其中有些要求是其他几种存储管理方式所难以满足的。因此,这种存储管理方式已成为当今所有存储管理方式的基础。
分段管理方式和分页管理方式在实现思路上是很相似的,只不过他们的基本单位不同。分段有 段表 ,也有 地址变换机构 ,为了提高检索速度,同样增设 联想寄存器(具有并行查询能力的高速缓冲寄存器) 。所以有些具体细节在这个不再赘述。
分页和分段的主要区别:
1、两者相似之处:两者 都采用离散分配方式,且都要通过地址映射机构来实现地址变换 。
2、两者的不同之处:
(1)页是信息的 物理单位 ,分页是为实现离散分配方式,以消减内存的外零头,提高内存的利用率。或者说,分页仅仅是由于 系统管理的需要 而不是用户的需要。段则是信息的 逻辑单位 ,它含有一组其意义相对完整的信息。 分段的目的是为了能更好地满足用户的需要 。
(2) 页的大小固定 且由系统决定,而 段的长度却不固定 。
(3)分页的作业地址空间是 一维 的,即单一的线性地址空间;而分段的作业地址空间则是 二维 的。
前面所介绍的分页和分段存储管理方式都各有优缺点。 分页系统能有效地 提高内存利用率 ,而分段系统则能很好地 满足用户需求 。 我们希望能够把两者的优点结合,于是出现了段页式存储管理方式。
段页式系统的基本原理,是分段和分页原理的结合,即 先将用户程序分成若干个段,再把每个段分成若干个页 ,并为每一个段赋予一个段名。在段页式系统中,地址结构由段号、段内页号和页内地址三部分组成。
和前两种存储管理方式相同,段页式存储管理方式同样需要增设联想寄存器。
离散分配方式 基于将一个进程直接分散地分配到许多不相邻的分区中的思想,分为分页式存储管理,分段式存储管理和段页式存储管理. 分页式存储管理旨在提高内存利用率,满足系统管理的需要,分段式存储管理则旨在满足用户(程序员)的需要,在实现共享和保护方面优于分页式存储管理,而段页式存储管理则是将两者结合起来,取长补短,即具有分段系统便于实现,可共享,易于保护,可动态链接等优点,又能像分页系统那样很好的解决外部碎片的问题,以及为各个分段可离散分配内存等问题,显然是一种比较有效的存储管理方式。
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F. 操作系统页式存储管理的问题
逻辑页面表示这是一个虚拟的储存空间,一个逻辑页面对应一个物理内存的页框,这个页框才是真正的物理存储所在。
G. 分页存储管理的基本思想
分页式存储管理的基本原理:采用分页存储器允许把一个作业存放到若干不相邻的分区中,既可免去移动信息的工作,又可尽量减少主存的碎片。分页式存储管理的基本原理如下:
1、 页框:物理地址分成大小相等的许多区,每个区称为一块;
2、址分成大小相等的区,区的大小与块的大小相等,每个称一个页面。
3、 逻辑地址形式:与此对应,分页存储器的逻辑地址由两部分组成,页号和单元号。逻辑地址格式为
页号 单元号(页内地址)
采用分页式存储管理时,逻辑地址是连续的。所以,用户在编制程序时仍只须使用顺序的地址,而不必考虑如何去分页。
4、页表和地址转换:如何保证程序正确执行呢?采用的办法是动态重定位技术,让程序的指令执行时作地址变换,由于程序段以页为单位,所以,我们给每个页设立一个重定位寄存器,这些重定位寄存器的集合便称页表。页表是操作系统为每个用户作业建立的,用来记录程序页面和主存对应页框的对照表,页表中的每一栏指明了程序中的一个页面和分得的页框的对应关系。绝对地址=块号*块长+单元号
以上从拓扑结构角度分析了对称式与非对称式虚拟存储方案的异同,实际从虚拟化存储的实现原理来讲也有两种方式;即数据块虚拟与虚拟文件系统.
数据块虚拟存储方案着重解决数据传输过程中的冲突和延时问题.在多交换机组成的大型Fabric结构的SAN中,由于多台主机通过多个交换机端口访问存储设备,延时和数据块冲突问题非常严重.数据块虚拟存储方案利用虚拟的多端口并行技术,为多台客户机提供了极高的带宽,最大限度上减少了延时与冲突的发生,在实际应用中,数据块虚拟存储方案以对称式拓扑结构为表现形式.
虚拟文件系统存储方案着重解决大规模网络中文件共享的安全机制问题.通过对不同的站点指定不同的访问权限,保证网络文件的安全.在实际应用中,虚拟文件系统存储方案以非对称式拓扑结构为表现形式.
虚拟存储技术,实际上是虚拟存储技术的一个方面,特指以CPU时间和外存空间换取昂贵内存空间的操作系统中的资源转换技术
基本思想:程序,数据,堆栈的大小可以超过内存的大小,操作系统把程序当前使用的部分保留在内存,而把其他部分保存在磁盘上,并在需要时在内存和磁盘之间动态交换,虚拟存储器支持多道程序设计技术
目的:提高内存利用率
管理方式
A 请求式分页存储管理
在进程开始运行之前,不是装入全部页面,而是装入一个或零个页面,之后根据进程运行的需要,动态装入其他页面;当内存空间已满,而又需要装入新的页面时,则根据某种算法淘汰某个页面,以便装入新的页面
B 请求式分段存储管理
为了能实现虚拟存储,段式逻辑地址空间中的程序段在运行时并不全部装入内存,而是如同请求式分页存储管理,首先调入一个或若干个程序段运行,在运行过程中调用到哪段时,就根据该段长度在内存分配一个连续的分区给它使用.若内存中没有足够大的空闲分区,则考虑进行段的紧凑或将某段或某些段淘汰出去,这种存储管理技术称为请求式分段存储管理
H. 段式和页式存储管理的地址结构很类似,但是它们之间有实质上的不同,表现为 1
段式和页式存储管理的地址结构很类似,但是它们之间有实质上的不同,表现为______。
A.页式的逻辑地址是连续的,段式的逻辑地址可以不连续
B.页式的地址是一维的,段式的地址是二维的
C.分页是操作系统进行的,分段是用户确定的
D.页式采用静态重定位方式,段式采用动态重定位方式
正确答案:B
解析:各页可以分散存放在主存,每段必须占用连续的主存空间,选项A不正确:分页和分段者是操作系统确定和进行的,选项C也不正确;页式和段式都是采用动态重定位方式,选项D也不正确。
I. 基本分页存储管理
假设是按字节编址
考虑支持多道程序的两种连续分配方式
原因:连续分配要求进程占有的必须是一块连续的内存区域
能否讲一个进程分散地装入到许多不相邻的分区,便可充分利用内存
基本分页存储管理的思想: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
页框/页帧:内存空间分成的一个个大小相等的分区(比如4KB)
页框号:页框的编号,从0开始,从低地址开始
页/页面:用户进程的地址空间分为和页框大小相等的一个个区域
页号:页/页面的编号,从0开始
进程的最后一个页面可能没有一个页框那么大,页框不能太大,否则可能产生过大的内部碎片
操作系统以页框为单位为各个进程分配内存空间。进程的每个页面分别放入一个页框中,也就是说,进程的页面与内存的页框有一一对应的关系
每个页面不必连续存放,也不必按照先后顺序,可以放到不相邻的各个页框中
进程在内存中连续存放时,通过动态重定位实现逻辑地址到物理地址的转换。在装入模块之后,内存中指令使用的依然是逻辑地址,直到指令执行的时候才会进行地址转换。系统会设置一个重定位寄存器,用来存放装入模块存放的起始位置,重定位寄存器中的值加上逻辑地址就是该逻辑地址实际对应的物理地址
如果采用分页技术
页框大小为4KB,地址空间为4GB的系统
页号为前20位,页内偏移量为后12位
页表: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
进程的每一页对应一个页表项
每个页表项由页号和页框号组成
页表记录进程页面和实际存放的页框之间的对应关系
每个页表项的长度是相同的,页号是隐含的
各页表项会按顺序连续存放在内存中,如果该页表在内存中的起始地址是X,4GB/4KB系统的页框有
用于实现逻辑地址到物理地址转换的一组硬件机构
通常会在系统中设置一个页表寄存器(PTR),存放页表在内存中的起始地址F和页表长度M(M个页表项)
进程未执行时,页表的起始地址和页表长度放在进程控制块(PCB)中,当进程被调度时,操作系统内核会把他们放到页表寄存器中
基本分页存储管理中地址是一维的,即只要给出一个逻辑地址,系统就可以自动计算出页号、偏移量,不需要显式告诉系统偏移量是多少
理论上,页表项长度为3即可表示内存块号的范围,但是为了方便页表查询,会让页面恰好能装得下整数个页表项,令每个页表项占4字节
4KB页面,可以放4096/3 =1365个页表项,有4096%3 =1B的碎片,访问1365及之后的页表项时,还要考虑前面的页框中的碎片,才能得到页表项的物理地址,比较麻烦
进程页表通常存放在连续的页框中,这样就能用统一的计算方式得到想要得到的页表项存储的位置
地址变换过程中有两次访存操作:查询页表、访问目标内存单元
局部性原理
如果这个程序将程序对应的指令存放在10号内存块,将程序中定义的变量存放在23号内存块,当这个程序执行时,会很频繁地反问10、23号内存块
时间局部性:如果执行了程序中的某条指令,那么不久后这条指令很有可能被再次执行;如果某个数据被访问过,不久之后该数据很有可能再次被访问(因为程序存在大量循环)
空间局部性:一旦程序访问了某个存储单元,在不久之后,其附近的存储单元也很有可能被访问(因为很多数据在内存中连续存放)
基本地址变换机构中,每次要访问一个逻辑地址,都要查询页表,由于局部性原理,可能连续多次查询同一个页表项
快表:又称联想寄存器(TLB),是一种访问速度比内存块很多的高速缓存,用来存放当前访问的若干页表项,以加速地址变换的过程。内存中的页表常称为慢表
引入快表后地址的变换过程
一般来说,快表的命中率可以达到90%以上
单级页表存在的问题
对问题1
可将页表进行分组,使每个内存块刚好可以放入一个分组。为离散分配的页表再建立一张页表,称为页目录表,或外层页表
各级页表的大小不能超过一个页面
针对两级页表
对问题2
可以在需要访问页面时,才把页面调入内存(虚拟存储技术),可以在页表项中增加一个标志位,用于表示该页面是否已经调入内存
若想访问的页面不在内存中,会产生缺页中断(内中断),然后将目标页面从外存调入内存
之后的文章会有展开
两级页表访存次数分析:如果没有TLB,第一次访存是访问内存中的页目录表,第二次访存是访问内存中的二级页表,第三次访存是访问目标内存单元
J. 分区存储管理中常用哪些分配策略
1、固定分区存储管理
其基本思想是将内存划分成若干固定大小的分区,每个分区中最多只能装入一个作业。当作业申请内存时,系统按一定的算法为其选择一个适当的分区,并装入内存运行。由于分区大小是事先固定的,因而可容纳作业的大小受到限制,而且当用户作业的地址空间小于分区的存储空间时,造成存储空间浪费。
一、空间的分配与回收
系统设置一张“分区分配表”来描述各分区的使用情况,登记的内容应包括:分区号、起始地址、长度和占用标志。其中占用标志为“0”时,表示目前该分区空闲;否则登记占用作业名(或作业号)。有了“分区分配表”,空间分配与回收工作是比较简单的。
二、地址转换和存储保护
固定分区管理可以采用静态重定位方式进行地址映射。
为了实现存储保护,处理器设置了一对“下限寄存器”和“上限寄存器”。当一个已经被装入主存储器的作业能够得到处理器运行时,进程调度应记录当前运行作业所在的分区号,且把该分区的下限地址和上限地址分别送入下限寄存器和上限寄存器中。处理器执行该作业的指令时必须核对其要访问的绝对地址是否越界。
三、多作业队列的固定分区管理
为避免小作业被分配到大的分区中造成空间的浪费,可采用多作业队列的方法。即系统按分区数设置多个作业队列,将作业按其大小排到不同的队列中,一个队列对应某一个分区,以提高内存利用率。
2、可变分区存储管理
可变分区存储管理不是预先将内存划分分区,而是在作业装入内存时建立分区,使分区的大小正好与作业要求的存储空间相等。这种处理方式使内存分配有较大的灵活性,也提高了内存利用率。但是随着对内存不断地分配、释放操作会引起存储碎片的产生。
一、空间的分配与回收
采用可变分区存储管理,系统中的分区个数与分区的大小都在不断地变化,系统利用“空闲区表”来管理内存中的空闲分区,其中登记空闲区的起始地址、长度和状态。当有作业要进入内存时,在“空闲区表”中查找状态为“未分配”且长度大于或等于作业的空闲分区分配给作业,并做适当调整;当一个作业运行完成时,应将该作业占用的空间作为空闲区归还给系统。
可以采用首先适应算法、最佳(优)适应算法和最坏适应算法三种分配策略之一进行内存分配。
二、地址转换和存储保护
可变分区存储管理一般采用动态重定位的方式,为实现地址重定位和存储保护,系统设置相应的硬件:基址/限长寄存器(或上界/下界寄存器)、加法器、比较线路等。
基址寄存器用来存放程序在内存的起始地址,限长寄存器用来存放程序的长度。处理机在执行时,用程序中的相对地址加上基址寄存器中的基地址,形成一个绝对地址,并将相对地址与限长寄存器进行计算比较,检查是否发生地址越界。
三、存储碎片与程序的移动
所谓碎片是指内存中出现的一些零散的小空闲区域。由于碎片都很小,无法再利用。如果内存中碎片很多,将会造成严重的存储资源浪费。解决碎片的方法是移动所有的占用区域,使所有的空闲区合并成一片连续区域,这一技术称为移动技术(紧凑技术)。移动技术除了可解决碎片问题还使内存中的作业进行扩充。显然,移动带来系统开销加大,并且当一个作业如果正与外设进行I/O时,该作业是无法移动的。
3、页式存储管理
基本原理
1.等分内存
页式存储管理将内存空间划分成等长的若干区域,每个区域的大小一般取2的整数幂,称为一个物理页面有时称为块。内存的所有物理页面从0开始编号,称作物理页号。
2.逻辑地址
系统将程序的逻辑空间按照同样大小也划分成若干页面,称为逻辑页面也称为页。程序的各个逻辑页面从0开始依次编号,称作逻辑页号或相对页号。每个页面内从0开始编址,称为页内地址。程序中的逻辑地址由两部分组成:
逻辑地址
页号p
页内地址 d
3.内存分配
系统可用一张“位示图”来登记内存中各块的分配情况,存储分配时以页面(块)为单位,并按程序的页数多少进行分配。相邻的页面在内存中不一定相邻,即分配给程序的内存块之间不一定连续。
对程序地址空间的分页是系统自动进行的,即对用户是透明的。由于页面尺寸为2的整数次幂,故相对地址中的高位部分即为页号,低位部分为页内地址。
3.5.2实现原理
1.页表
系统为每个进程建立一张页表,用于记录进程逻辑页面与内存物理页面之间的对应关系。地址空间有多少页,该页表里就登记多少行,且按逻辑页的顺序排列,形如:
逻辑页号
主存块号
0
B0
1
B1
2
B2
3
B3
2.地址映射过程
页式存储管理采用动态重定位,即在程序的执行过程中完成地址转换。处理器每执行一条指令,就将指令中的逻辑地址(p,d)取来从中得到逻辑页号(p),硬件机构按此页号查页表,得到内存的块号B’,便形成绝对地址(B’,d),处理器即按此地址访问主存。
3.页面的共享与保护
当多个不同进程中需要有相同页面信息时,可以在主存中只保留一个副本,只要让这些进程各自的有关项中指向内存同一块号即可。同时在页表中设置相应的“存取权限”,对不同进程的访问权限进行各种必要的限制。
4、段式存储管理
基本原理
1.逻辑地址空间
程序按逻辑上有完整意义的段来划分,称为逻辑段。例如主程序、子程序、数据等都可各成一段。将一个程序的所有逻辑段从0开始编号,称为段号。每一个逻辑段都是从0开始编址,称为段内地址。
2.逻辑地址
程序中的逻辑地址由段号和段内地址(s,d)两部分组成。
3.内存分配
系统不进行预先划分,而是以段为单位进行内存分配,为每一个逻辑段分配一个连续的内存区(物理段)。逻辑上连续的段在内存不一定连续存放。
3.6.2实现方法
1.段表
系统为每个进程建立一张段表,用于记录进程的逻辑段与内存物理段之间的对应关系,至少应包括逻辑段号、物理段首地址和该段长度三项内容。
2.建立空闲区表
系统中设立一张内存空闲区表,记录内存中空闲区域情况,用于段的分配和回收内存。
3.地址映射过程
段式存储管理采用动态重定位,处理器每执行一条指令,就将指令中的逻辑地址(s,d)取来从中得到逻辑段号(s),硬件机构按此段号查段表,得到该段在内存的首地址S’, 该段在内存的首地址S’加上段内地址d,便形成绝对地址(S’+d),处理器即按此地址访问主存。
5、段页式存储管理
页式存储管理的特征是等分内存,解决了碎片问题;段式存储管理的特征是逻辑分段,便于实现共享。为了保持页式和段式上的优点,结合两种存储管理方案,形成了段页式存储管理。
段页式存储管理的基本思想是:把内存划分为大小相等的页面;将程序按其逻辑关系划分为若干段;再按照页面的大小,把每一段划分成若干页面。程序的逻辑地址由三部分组成,形式如下:
逻辑地址
段号s
页号p
页内地址d
内存是以页为基本单位分配给每个程序的,在逻辑上相邻的页面内存不一定相邻。
系统为每个进程建立一张段表,为进程的每一段各建立一张页表。地址转换过程,要经过查段表、页表后才能得到最终的物理地址。