4、基本地址變換機構

• 頁式
• • 1、頁式
  • • 硬件實現流程
    • 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現
    • 快表無法裝入完整的慢表，達到高命中率的基礎原理是什么？-------->局部性原理
    • 有無快表的對比：
  • 3、兩級頁表
  • • 單級頁表存在的問題
    • 二級頁表的邏輯地址結構
    • 二級頁表的硬件實現(解決第一個問題)
    • 二級頁表如何實現地址轉換？
    • 第二個問題的解決？
    • 什么叫各級頁表大小不能超過一個頁面？
• 段氏
• • 什么叫分段？
  • 如何確定進程的每個段在內存中存放的位置？--------->段表
  • 段氏硬件實現流程
  • 內存訪問次數
  • 分段、分頁管理的對比
• 段頁式
• • 段氏和頁式的缺點
  • 如何確定進程的每個段在內存中存放的位置？--------->段表+頁表
  • 段頁式管理的邏輯地址結構
  • 段頁氏硬件實現流程

頁式

1、頁式

硬件實現流程

需要進行倆次內存訪問

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，訪問速度快于內存，造價高于內存
所以：cache的容量小于內存，
cache和快表(TLB)的區別：TLB 中只有頁表項的副本，而普通 Cache 中可能會有其他各種數據的副本

引入快表后地址變換步驟

什么叫快表和慢表同時查找？

就是在訪問快表的同時也訪問慢表，所以在上面的例子中可以節省一秒時間

引入快表后的硬件實現

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，并將該頁表項復制到快表，訪問物理地址。（訪問兩次內存）
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（訪問一次內存）

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

有無快表的對比：

3、兩級頁表

單級頁表存在的問題

由于段氏內存分配的一個優點就是可以進行非連續的存儲，但是當我們采用頁式存儲的時候，邏輯地址與頁表項需要建立一一對應的關系，當邏輯地址太多時，就需要一片很長的連續空間進行頁表存儲，這樣就喪失了非連續存儲的優勢。因此，提出了二級頁表的概念。

二級頁表的邏輯地址結構

二級頁表的硬件實現(解決第一個問題)

我們可以類比于一級頁表，一級頁表可以將一個程序分頁存儲到不同不連續的內存單元。那二級頁表其實就是將一級頁表分頁存儲到不同不連續的內存單元，即將一級頁表再分頁。這樣就可以解決第一個問題了。

二級頁表如何實現地址轉換？

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

第二個問題的解決？

見下篇博客：操作系統之內存管理：5、虛擬存儲技術

什么叫各級頁表大小不能超過一個頁面？

其中，二級頁表在沒有快表時需要進行3次內存的訪問才能找到實際的物理地址。n級頁表需要訪問n+1次。

段氏

什么叫分段？

1、當我們寫一個程序時會有一個main()函數，已經一系列的子函數；那么分段的意思就是：按照完整的自身邏輯結構(比如一個函數)將一個程序劃分成多個塊，然后將不同的塊存儲到不同不連續的內存段中。(如上圖所示)，一個函數名就對應一個斷號。
2、用戶要對分段存儲的程序進行數據的訪問時，需要有倆個參數：第一個是段名，第二個是段內偏移量，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。。分段對用戶是可見的，用戶編程時需要顯式地給出段名。

如何確定進程的每個段在內存中存放的位置？--------->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系實現從邏輯地址到物理地址的轉化

段氏硬件實現流程

首先用短號與段表寄存器對比查看是否越界；
未越界則查找段表中對應的段表項
然后段內地址與段長對比，判斷是否越界
未越界則查找物理地址
假如現在要查找：（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

內存訪問次數

分段、分頁管理的對比

假如現在程序有三個段：0，1，2；第二段可共享；用段氏就很容易實現共享；若采用頁式：

可能出現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

如何確定進程的每個段在內存中存放的位置？--------->段表+頁表

段頁式和段氏中的段表存儲字段不同。

段頁式管理的邏輯地址結構

段頁氏硬件實現流程

不使用快表時內存訪問次數：每次地址轉化都需要訪問內存3次。

總結

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)的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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