4、基本地址變換機(jī)構(gòu)

• 頁式
• • 1、頁式
  • • 硬件實(shí)現(xiàn)流程
    • 地址變化步驟
    • 例
    • 問題
  • 2、頁式+快表
  • • 什么是快表？
    • 引入快表后地址變換步驟
    • 引入快表后的硬件實(shí)現(xiàn)
    • 快表無法裝入完整的慢表，達(dá)到高命中率的基礎(chǔ)原理是什么？-------->局部性原理
    • 有無快表的對(duì)比：
  • 3、兩級(jí)頁表
  • • 單級(jí)頁表存在的問題
    • 二級(jí)頁表的邏輯地址結(jié)構(gòu)
    • 二級(jí)頁表的硬件實(shí)現(xiàn)(解決第一個(gè)問題)
    • 二級(jí)頁表如何實(shí)現(xiàn)地址轉(zhuǎn)換？
    • 第二個(gè)問題的解決？
    • 什么叫各級(jí)頁表大小不能超過一個(gè)頁面？
• 段氏
• • 什么叫分段？
  • 如何確定進(jìn)程的每個(gè)段在內(nèi)存中存放的位置？--------->段表
  • 段氏硬件實(shí)現(xiàn)流程
  • 內(nèi)存訪問次數(shù)
  • 分段、分頁管理的對(duì)比
• 段頁式
• • 段氏和頁式的缺點(diǎn)
  • 如何確定進(jìn)程的每個(gè)段在內(nèi)存中存放的位置？--------->段表+頁表
  • 段頁式管理的邏輯地址結(jié)構(gòu)
  • 段頁氏硬件實(shí)現(xiàn)流程

頁式

1、頁式

硬件實(shí)現(xiàn)流程

需要進(jìn)行倆次內(nèi)存訪問

地址變化步驟

例

問題

2、頁式+快表

什么是快表？

快表：就是高速緩存cache，訪問速度快于內(nèi)存，造價(jià)高于內(nèi)存
所以：cache的容量小于內(nèi)存，
cache和快表(TLB)的區(qū)別：TLB 中只有頁表項(xiàng)的副本，而普通 Cache 中可能會(huì)有其他各種數(shù)據(jù)的副本

引入快表后地址變換步驟

什么叫快表和慢表同時(shí)查找？

就是在訪問快表的同時(shí)也訪問慢表，所以在上面的例子中可以節(jié)省一秒時(shí)間

引入快表后的硬件實(shí)現(xiàn)

假如：
第一次訪問(0,0),檢查越界后查詢快表，未命中，查詢頁表，并將該頁表項(xiàng)復(fù)制到快表，訪問物理地址。（訪問兩次內(nèi)存）
第二次訪問(0，4),檢查越界后查詢快表，命中，直接訪問物理地址（訪問一次內(nèi)存）
第三次訪問(0，8),檢查越界后查詢快表，命中，直接訪問物理地址（訪問一次內(nèi)存）

快表無法裝入完整的慢表，達(dá)到高命中率的基礎(chǔ)原理是什么？-------->局部性原理

有無快表的對(duì)比：

3、兩級(jí)頁表

單級(jí)頁表存在的問題

由于段氏內(nèi)存分配的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)就是可以進(jìn)行非連續(xù)的存儲(chǔ)，但是當(dāng)我們采用頁式存儲(chǔ)的時(shí)候，邏輯地址與頁表項(xiàng)需要建立一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，當(dāng)邏輯地址太多時(shí)，就需要一片很長的連續(xù)空間進(jìn)行頁表存儲(chǔ)，這樣就喪失了非連續(xù)存儲(chǔ)的優(yōu)勢(shì)。因此，提出了二級(jí)頁表的概念。

二級(jí)頁表的邏輯地址結(jié)構(gòu)

二級(jí)頁表的硬件實(shí)現(xiàn)(解決第一個(gè)問題)

我們可以類比于一級(jí)頁表，一級(jí)頁表可以將一個(gè)程序分頁存儲(chǔ)到不同不連續(xù)的內(nèi)存單元。那二級(jí)頁表其實(shí)就是將一級(jí)頁表分頁存儲(chǔ)到不同不連續(xù)的內(nèi)存單元，即將一級(jí)頁表再分頁。這樣就可以解決第一個(gè)問題了。

二級(jí)頁表如何實(shí)現(xiàn)地址轉(zhuǎn)換？

就是先用一級(jí)頁表查到二級(jí)頁表存放的位置，在從二級(jí)頁表查到物理地址。相對(duì)于一級(jí)頁表的方式，就是多了一步頁表查詢的過程。

第二個(gè)問題的解決？

見下篇博客：操作系統(tǒng)之內(nèi)存管理：5、虛擬存儲(chǔ)技術(shù)

什么叫各級(jí)頁表大小不能超過一個(gè)頁面？

其中，二級(jí)頁表在沒有快表時(shí)需要進(jìn)行3次內(nèi)存的訪問才能找到實(shí)際的物理地址。n級(jí)頁表需要訪問n+1次。

段氏

什么叫分段？

1、當(dāng)我們寫一個(gè)程序時(shí)會(huì)有一個(gè)main()函數(shù)，已經(jīng)一系列的子函數(shù)；那么分段的意思就是：按照完整的自身邏輯結(jié)構(gòu)(比如一個(gè)函數(shù))將一個(gè)程序劃分成多個(gè)塊，然后將不同的塊存儲(chǔ)到不同不連續(xù)的內(nèi)存段中。(如上圖所示)，一個(gè)函數(shù)名就對(duì)應(yīng)一個(gè)斷號(hào)。
2、用戶要對(duì)分段存儲(chǔ)的程序進(jìn)行數(shù)據(jù)的訪問時(shí)，需要有倆個(gè)參數(shù)：第一個(gè)是段名，第二個(gè)是段內(nèi)偏移量，所以稱段氏的地址空間是二維的
3、段是信息的邏輯單位。分頁的主要目的是更好地滿足用戶需求。。分段對(duì)用戶是可見的，用戶編程時(shí)需要顯式地給出段名。

如何確定進(jìn)程的每個(gè)段在內(nèi)存中存放的位置？--------->段表

我們可以通過邏輯地址與段表，段表與物理地址的映射關(guān)系實(shí)現(xiàn)從邏輯地址到物理地址的轉(zhuǎn)化

段氏硬件實(shí)現(xiàn)流程

首先用短號(hào)與段表寄存器對(duì)比查看是否越界；
未越界則查找段表中對(duì)應(yīng)的段表項(xiàng)
然后段內(nèi)地址與段長對(duì)比，判斷是否越界
未越界則查找物理地址
假如現(xiàn)在要查找：（2,1024），未越界則查找到段基址：40K，在加上偏移量：1K，所以最終的物理地址為41K處

內(nèi)存訪問次數(shù)

分段、分頁管理的對(duì)比

假如現(xiàn)在程序有三個(gè)段：0，1，2；第二段可共享；用段氏就很容易實(shí)現(xiàn)共享；若采用頁式：

可能出現(xiàn)一頁中一部分可共享，一部分不可共享的情況。

段頁式

段氏和頁式的缺點(diǎn)

如何確定進(jìn)程的每個(gè)段在內(nèi)存中存放的位置？--------->段表+頁表

段頁式和段氏中的段表存儲(chǔ)字段不同。

段頁式管理的邏輯地址結(jié)構(gòu)

段頁氏硬件實(shí)現(xiàn)流程

不使用快表時(shí)內(nèi)存訪問次數(shù)：每次地址轉(zhuǎn)化都需要訪問內(nèi)存3次。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的操作系统之内存管理：4、基本地址变换机构(段氏、页式、段页式)的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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