4.3-4.4記憶體離散分配 分頁、分段
一.基本分頁儲存管理方式
1.頁面的概念
記憶體劃分成多個小單元,每個單元K大小,稱(物理)塊。作業也按K單位大小劃分成片,稱為頁面。
a. 物理劃分塊的大小 = 邏輯劃分的頁的大小
b.頁面大小要適中。
- 太大,(最後一頁)內碎片增大,類似連續分配的問題。
- 太小的話,頁面碎片總空間雖然小,提高了利用率,但每個程序的頁面數量較多,頁表過長,反而又增加了空間使用。
2.為了找到被離散分配到記憶體中的作業,記錄每個作業各頁對映到哪個物理塊,形成的頁面對映表,簡稱頁表。
3.頁表的作用:頁號到物理塊號的地址對映
4.要找到作業A
à關鍵是找到頁表(PCB)
b.根據頁表找物理塊
5.若要執行某作業的一條指令,其相對地址是24B (設10B一頁,頁表如右表),其實體地址到底是多少呢?
- 執行程式A(10B一頁),CPU初始化
設第1個要執行的地址為相對地址10
- 針對相對地址計算
商1、餘0
對應就是 頁號1、頁內偏移0
- 根據頁號查頁表,得到物理塊號4#(設4#首地址為c),4#裡存放的就是對應的頁的資料。
- 得相對地址10的實體地址就是 c+偏移0。
6.規律
- 作業相對地址在分頁下不同位置的數有一定的意義結構:
頁號+頁內地址(即頁內偏移)
- 關鍵的計算是:根據系統頁面大小找到不同意義二進位制位的分界線。
- 從地址中分析出頁號後,地址對映只需要把頁號改為對應物理塊號,偏移不變,即可找到記憶體中實際位置。
5.計算口訣
- 頁面大小決定偏移量(頁內地址)的位數 n;
- 作業大小->頁面數量
- 頁表長度 a
- 頁號的位數 m(或總位數-頁內位數)
- 記憶體容量決定塊數,塊數決定編址位數,即頁表項位數 b。
6.分頁系統的地址變換機構:
7.訪問記憶體的有效時間
定義:程序發出邏輯地址的訪問請求,經過地址變換,到記憶體中找到對應的實際實體地址單元並取出資料,所需花費的總時間,稱為記憶體的有效訪問時間EAT(effective access time)
設訪問一次記憶體時間為t,則基本分頁機制下EAT=2t
CPU操作一條指令需訪問記憶體兩次:
- 訪問記憶體中的頁表(以計算指令所在的實際實體地址)
- 訪問指令記憶體地址
8.引入快表後的記憶體訪問時間
快表的暫存器單元數量是有限的,不能裝下一個程序的所有頁表項。雖不能完全避免兩次訪問記憶體,但如果命中率a高還是能大幅度提高速度。
設一次查詢訪問快表時間為t' ,則
EAT= a*t' + (1-a)(t'+t) + t
= 2t +t' -t*a
9.兩級頁表
將頁表分頁,並離散地將頁表的各個頁面分別存放在不同的物理塊中
為離散分配的頁表再建立一張頁表,稱為“外層頁表”,其每個表項記錄了頁表頁面所在的物理塊號。
二.基本分段儲存管理方式
1.程式通過分段(segmentation)劃分為多個模組,每個段定義一組邏輯資訊。如程式碼段(主程式段main,子程式段X)、資料段D、棧段S等。
2.段的特點
- 每段有自己的名字(一般用段號做名),都從0編址,可分別編寫和編譯。裝入記憶體時,每段賦予各段一個段號。
- 每段佔據一塊連續的記憶體。(即有離散的分段,又有連續的記憶體使用)
- 各段大小不等。
3.分段下的相對地址:地址結構:段號 + 段內地址
4.段表:記錄每段實際存放的實體地址
5.段表與地址變換機構
6.分段系統地址變換機構
7.分頁和分段的主要區別
a.需求:分頁是出於系統管理的需要,是一種資訊的物理劃分單位,分段是出於使用者應用的需要,是一種邏輯單位,通常包含一組意義相對完整的資訊。
一條指令或一個運算元可能會跨越兩個頁的分界處,而不會跨越兩個段的分界處。
b.大小:頁大小是系統固定的,而段大小則通常不固定。分段沒有內碎片,但連續存放段產生外碎片,可以通過記憶體緊縮來消除。相對而言分頁空間利用率高。
c.邏輯地址:
分頁是一維的,各個模組在連結時必須組織成同一個地址空間;
分段是二維的,各個模組在連結時可以每個段組織成一個地址空間。
d.其他:通常段比頁大,因而段表比頁表短,可以縮短查詢時間,提高訪問速度。分段模式下,還可針對不同型別採取不同的保護;按段為單位來進行共享
8.分段系統的突出優點
- 易於實現共享
- 易於實現保護
三.段頁式儲存管理方式
1.基本原理
- 將使用者程式分成若干段,併為每個段賦予一個段名。
- 把每個段分成若干頁
- 地址結構包括段號、段內頁號和頁內地址三部分
2.地址變換過程
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