記憶體離散分配 分頁、分段

比較連續分配方式
作業邏輯地址空間有M大，就需要向記憶體申請一個M大的連續區域。
分頁的目的是更細粒度的處理空間，減少粗放管理的浪費或開銷問題。

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。

① 物理劃分塊的大小 = 邏輯劃分的頁的大小

②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）頁表的概念

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。
每個作業有自己的頁表
頁表的作用：
頁號到物理塊號的地址對映
要找到作業A
關鍵是找到頁表（PCB）
根據頁表找物理塊

3）地址的處理

連續方式下，每條指令用基地址+偏移量即可找到其物理存放的地址。
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。

注意：一作業所有指令在使用者地址空間是順序編址

4）地址變換機構

前面講解了地址變換的原理，那麼誰具體實現地址對映？——地址變換機構。

※ 訪問記憶體的有效時間 ※

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）

5）引入快表——針對訪問速度問題

引入快表後的記憶體訪問時間如何？
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

6）兩級、多級頁表，反置頁表 ——針對大頁表佔用記憶體問題

頁表大小的討論
程序分頁離散存放，但頁表的資料是連續在存放記憶體的。而頁表可能很大：
現代作業系統支援非常大的邏輯地址空間的程序。如32位系統，可編址的最大程式碼數為232，若頁面大小為4KB（4*210），則支援的最大程序頁表項數可達碼232/212=220，有1M個，每個頁表項佔1B（位元組），則頁表大小就有1MB。

4.基本分段儲存管理方式

從提高記憶體利用率角度；
固定分割槽 -》動態分割槽-》分頁
從滿足並方便使用者（程式設計師）和使用上的要求角度：
分段儲存管理：作業分成若干段，各段可離散放入記憶體，段內仍連續存放。
方便程式設計：如彙編中通過段：偏移確定資料位置
資訊共享：同地位的資料放在一塊方便進行共享設定
資訊保護
動態增長：動態增長的資料段事先固定記憶體不方便
動態連結：往往也是以邏輯的段為單位更方便

1）分段系統的基本原理

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。
誰決定一個程式分幾段，每段多大？
編譯程式（基於原始碼）
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。

2）段表與地址變換機構

段是連續存放在記憶體中。段表中針對每個“段編號”記錄：“記憶體首地址”和“段長”

3）分頁和分段的主要區別

1.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。
2.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。
3.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。
4.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

4）資訊共享

分段系統的突出優點：
易於實現共享
在分段系統中，實現共享十分容易，只需在每個程序的段表中為共享程式設定一個段表項。
比較課本圖。對同樣的共享內容的管理上，很明顯分段的空間管理更簡單。分頁的圖涉及太多的頁面劃分和地址記錄的管理。
易於實現保護：
程式碼的保護和其邏輯意義有關，分頁的機械式劃分不容易實現。

5）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