非连续内存分配

非连续内存分配

非连续分配的优点

• 一个程序物理地址空间是非连续的
• 更好的内存利用和管理
• 允许共享代码与数据
• 支持动态加载和动态链接

缺点：

• 如何建立虚拟地址和物理地址之间的转换
  • 软件方案（开销过大）
  • 硬件方案
    • 分段
    • 分页

1、分段

• 分段地址空间
• 分段寻址

1. CPU 收到 段号和偏移
2. 段号若大于等于段表长度，则错误
3. 偏移若大于等于段长 ，则错误
4. 基址+偏移为物理地址

2、分页

与分段的区别：

• 段长可变，而页长不可变（一般为2的幂）
• 划分逻辑地址空间至与物理内存至相同的页（方便硬件实现）
• 逻辑转物理方案
  • 页表
  • MMU（内存管理单元-CPU重要组成部分/TLB（快表）

帧（Frame）---物理地址

一个内存物理地址是一个二元组（f,0)

f------帧号（F位，共有2^F个帧）

o-----帧内偏移（S位，，没帧2^S字节）

物理地址 = f*2^S+o;

例如 16-bit地址空间，9-bit大小的页帧，

物理地址：（3,6）

物理地址= 1542

页（page）---逻辑地址

页内偏移大小=帧内偏移大小

页号大小<>帧号大小

一个逻辑地址是一个二元组（p,0)

p--- 页号（P位，2^P个页）

o---页内偏移（S位，每页有2^S字节）

逻辑地址= 2^S*p+o

页寻址机制:

1. CPU得到（页号，页内偏移）
2. 由页号对照页表得到页帧号
3. 由页帧号以及页内（页帧内）偏移得到物理地址

页表：

就是一个大数组：

页表项内容：帧号，标志位

问题：

1、一个内存单元需要两次访问

2、页表可能非常大

TLB：

Key Value

速度快，代价高，记录经常访问的页表项，

当CPU得到逻辑地址，先查CPU中TLB，查不到再查内存中页表。

二级页表：

CPU得到一级页表号以及对应的二级页表号和偏移，从而得到页帧号（物理地址）。

由于一些没有在内存中的页表可以不占用空间，所有想对一级页表会省空间，而相应代价是访问时间提高，配合TLB使用会更好。

反向页表

由于正常的页表使用时会和逻辑地址大小会有对应关系的，逻辑空间越大，对应页表项越多。

使用反向页表时，会和物理地址空间大小建立对应关系。

页表是由页帧号对应页号。

使用页寄存器：

每个帧和一个寄存器关联，寄存器内容包括：

residence：此帧是否占用

对应页号p

保护位

例子：

物理内存大小：4K*4K = 16MB

页面大小：4k

页帧数：16/4 = 4k

页寄存器使用空间：（假设一个寄存器大小为8byte）

​ 8*4k = 32k

页寄存器开销：32k/16m=0.2%

虚拟内存大小：任意

利：

​ 转换表的大小相对于物理内存来说很小

​ 转换表的大小跟逻辑地址空间大小无关

弊：

​ 需要信息对调，即根据帧号可找到页号

​ 如何转换为 根据页号找到帧号

​ 需要在反向页表中搜索想要的页号

解决方案：

1. 关联存储器

2. 哈希

​