【操作系统】Main Memory

来源：互联网发布：c语言网络编程编辑：程序博客网时间：2024/06/05 09:21

chapter 8 Main Memory

1、基本概念

（1）逻辑地址和物理地址。

（2）地址绑定：从逻辑地址到物理地址的映射.可能发生在三个时候：

①compile time

②load time

③execution time

（3）MMU：把虚拟地址映射成物理地址的硬件设备（用户程序只关心逻辑地址，不会直接和物理地址打交道）。

（4）动态重定位

（5）动态装入

（6）动态链接

2、交换技术

（1）backing store

备份存储。问题：碎片（fragmentation）。

3、连续分配

（1）多分区分配：固定分区和动态分区。

（2）动态分配的策略：

①first-fit：先来的先装。

②best-fit：Allocate the smallest hole that is big enough; must search entire list, unless ordered by size. Produces the smallest leftover hole.

③worst-fit：Allocate the largest hole; must also search entire list. Produces the largest leftover hole.

④next fit：类似首次适应，每次分区时，总是从上次查找结束的地方开始，只要找到一个足够大的空白区，就把它划分后分配出去。

（3）碎片

①内碎片：wasted memory within a single process memory space.

②外碎片：can reduce the number of runnable processes。使用紧缩（compaction）和拼接（defragmentation）处理外碎片。

补充：单一连续分配没有外碎片，但是有内碎片，适用于单用户。固定分区分配没有外碎片，但是不能实现多个程序共享主存。动态分配：有外碎片，需要动态重定位寄存器的支持。

书上的multiple partition指的是固定分区的分配。

4、分页

物理内存被分成了大小固定的frame（物理块、页框）。采用分页，逻辑地址可以不连续。

（1）physical memory分成frame（物理块）。

（2）logical memory分成page（页）。

（3）页表：逻辑映射成物理。

分页的方式：cpu产生的逻辑地址分成两部分：页号和页偏移。页号用来在页表中查找基地址，这个基地址拼上页偏移得到物理地址（注：这个基地址就是frame的编号。如果一个frame是4byte，那么物理地址=f*4+d）。

（4）分页可能有内碎片，但是没有外碎片。

（5）PPT的计算题：

4k=1000H，2362H/1000H=2H，2是p，后面的是d。254拼上362得到254362H。同理1565H会得到p=1，102拼上565得到102565H（也就是说102还要乘上页大小1000H）。

（6）页表放在主存里。

（7）TLB（associative memory）

TLB解决了两次访问内存的问题。这里有一个概念叫做"有效访问时间"（EAT）。

EAT=（内存访问时间+TLB访问时间）*命中率+（2*内存访问时间+TLB访问时间）*（1-命中率）

（8）页表的结构

①分级页表（hierarchical page tables）

a、linux是分了4级，windows分了2级。

②反向页表

a、用pid来遍历。

b、特点是降低了需要的存储空间，但是时间开销大。

③哈希页表

a、逻辑地址的p通过hash函数映射到hash table

b、工作方式：逻辑地址被hash到hash table对应的entry，每个entry里有三个field：第一个是virtual page number，第二个是page frame的值，第三个是指向下一个entry的指针。如果hash值和virtual page number匹配，取出field 2与offset形成物理地址，否则通过指针移动到下一个entry。

c、有此派生出的方案有clustered page table，适用于地址空间分布稀疏的情况。

④例题

某计算机采用二级页表的分页存储管理方式，按字节编址，页大小为2^10 字节，页表项大小为2字节，逻辑地址结构为：

页目录号页号页内偏移量

逻辑地址空间大小为2^16 页，则表示整个逻辑地址空间的页目录表中包含表项的个数至少是____128

解：

2^10/2=2^9，得到第二级有多少个页，2^16/2^9=2^7

6、分段（segmentation）

没细讲。

分段的动机是在用户层面方便内存管理。用户可以通过一个二元组（段号，偏移）来指定一个逻辑地址。这个地址可以通过段表映射成物理地址，段表有两项：limit和base，base是基地址，limit是从基地址开始最大能偏移的长度。

7、段页式存储

书上没讲。自求多福。

。。。话说可以看后面的补充题。

———————————————————————————————————————习题：

1. Given memory partitions of 100K, 500K, 200K, 300K, and 600K (in order), how would each of First-Fit, Best-fit, and Worst-fit algorithms place processes of 212K, 417K, 112K, and 426K (in order)? Which algorithm makes the most efficient use of memory?

解答：

2.Compare the main memory organization schemes of contiguous-memory allocation, pure segmentation, and pure paging with respect to the following issues:

a. external fragmentation

b. internal fragmentation

c. ability to share code across processes

解答：

3.Consider a paging system with the page table stored in memory.

a. If a memory reference takes 200 nanoseconds, how long does a paged memory reference take?

b. If we add associative registers, and 75 percent of all page-table references are found in the associative registers, what is the effective memory reference time? (Assume that finding a page-table entry in the associative registers takes zero time, if the entry is there.)