操作系统-3.1内存管理概念

1. 原理

程序的链接&装入

将用户程序变为内存中可执行程序

• 编译

• 链接

  • 静态链接：运行前链接成完整的装入模块
  • 装入时动态链接
  • 运行时动态链接：只在需要它时才进行链接

• 装入（逻辑地址→物理地址）

  • 绝对装入：绝对地址

  • 可重定位装入：

    相对地址，从0开始

    装入内存时进行重定位，若起始物理地址为100，所有地址+100

  • 动态重定位

    装入时并不会立即将逻辑地址→物理地址，等程序真正执行时才进行

进程的内存映像

当一个程序调入内存，就构成进程的内存映像

• 代码段：机器指令、只读数据
• 数据段：读/写数据
• 进程控制块PCB
• 堆：
  • 存放动态分配的变量。
  • 调用malloc动态向高地址分配空间
• 栈
  • 实现函数调用
  • 从用户空间最大地址→低地址增长

宏定义常量不专门分配空间，在预编译阶段直接读入

内存保护

• ①设上下限寄存器

• ②重定位寄存器+界地址寄存器

  例：进程A物理地址100-279，逻辑地址0-179

  • 重定位寄存器=100
  • 界地址寄存器=179
  • 此时访问逻辑地址80的内存单元
    • 80<179→未越界（否则抛出异常）
    • 80+100=180→访问物理地址180内存单元

2.连续分配

单一连续分配

内存（低→高）：系统区、用户区

• 只有一道用户程序
• 无外部碎片

固定分区分配

用户区划分成若干固定大小分区

动态分区分配

不会预先划分，在进程装入时根据进程大小动态建立分区

• 无内部碎片，有外部碎片（可采用“紧凑技术”解决）

动态分区分配算法

• ①首次适应（⭐综合性能最好）

  从低地址开始找，找到第一个能够满足大小的空闲分区

• ②最佳适应

  优先使用更小的空闲区（但会有很多外部碎片）

• ③最坏适应

  优先使用更大的空闲区 （这样分完剩下的那块仍然会比较大，也许以后还能用。但如果之后有大进程可能无处放）

• ④临近适应

  从上次查找结束的地方开始查找，仍然按顺序排列

3.分页

• 将内存分为一个个大小相等的分区——“页框”

页框=页帧=内存块=物理块=物理页面

• 将进程逻辑地址也分为和页框大小相等的“页”

• 页表：

  • 一个进程对应一张页表，存放在PCB中
  • 记录页面和实际存放的页框之间的映射关系

内存块号→物理地址；页号→逻辑地址

$$页号=逻辑地址/页面大小$$ $$页内偏移量=逻辑地址$$

⭐$$物理地址E=内存号b*页面大小L+页内偏移量w$$

基本地址变换机构

[例题]

$$页号P=2500/1024=2$$ $$页内偏移量W=2500 \% 1024=452$$ $$物理地址E=b*L+W=8*1024+452=8644$$

具有快表的地址变换机构

什么是快表

TLB，不是内存，是访问速度>>内存的高速缓存

内存中的表称为慢表

变换过程

• CPU给出逻辑地址，由硬件转换，比较快表中所有页号
• 匹配→直接取出对应页框号（一次访存即实现存取数据）
• 未匹配→访问主存页表，同时存入快表（如果满了就删一个旧页表）

两级页表

在系统中增设外层页表寄存器——存放页目录始值

①逻辑地址的页目录号→页目录索引→对应页表初始值

②二级页号→页表分页的索引→对应页表项

③页表项中 物理块号+页内偏移 拼接→物理地址→访问内存单元

4.分段

将进程按照自身逻辑关系划分为若干段

分段系统逻辑地址=段号+段内地址

段表

每个进程有一个段表（每一行：段号+⭐段长+基址）

• 需要检查段号是否越界、段内地址是否超过段长（和分页地址变换的最大区别）

分页vs.分段

①

• 页是物理单位。用户不可见
• 段是逻辑单位。用户可见

②

• 页大小固定
• 段大小不固定

③

• 分页的用户进程地址空间是一维（直接给一个数，即逻辑地址）
• 分段的用户进程地址空间是二维（段号、段内地址两个数）

5.段页式

逻辑地址结构

段号+页号+页内偏移量

• 二维：用户只给出段号+段内地址，“分页”对用户不可见