非连续内存分配优点

  • 一个程序的物理地址是非连续的
  • 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

潜在问题

  • 如何建立虚拟地址与物理地址之间的转换
    • 软件方案
    • 硬件方案
      • 分段
      • 分页

分段

程序的分段地址空间

  • 将逻辑地址空间分成各个块
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  • 如下图，需要一种运行机制，来使逻辑地址空间与物理地址空间之间有对应的关联

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分段寻址方案

  • 两种实现方案：

    • 段寄存器 + 地址寄存器：将段号和段内偏移分开放置

    • 单地址实现方案：将段号和段内偏移放在一起

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分页

  • 现在CPU主要使用分页方式

分页地址空间

  • 与分段方式相似，同样拥有页号和偏移

  • 不同之处在于分段中段的大小可变，而分页中页的大小固定的

  • 帧（frame）和页（page）：

    • 划分物理内存至固定大小的帧：大小是2的幂次方

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    • 划分逻辑地址空间至相同大小的页：大小也是2的幂次方

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      依据逻辑地址的页号到页表中查询出物理地址的帧号

  • 建立方案转化逻辑地址为物理地址（pages to frames）

页的寻址方案

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页表

概述

  • 页表其实就是一个大数组，索引代表的是 page_number，索引对应的值存的是 frame_number

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  • 存在问题：访问一个内存单元需要两次访问内存，存在性能问题
    • 一次获取页表项
    • 一次用于访问数据

TLB（Translation Look-aside Buffer）

  • 缓存近期访问的页帧转换表项
    • TLB使用关联内存（速度快容量小）实现，具备快速访问性能
    • 如果查到，则物理帧号可以被快速获取
    • 如果查不到，就在页表中进行查找然后将内容更新到TLB

二级、多级页表（时间换空间）

  • 会增加时间开销
  • 省下空间（一级页表中的保留位为0，二级页表就不需要留位置了）
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反向页表

  • 大地址空间问题：
    • 有大地址空间，向前映射页表变得繁琐（5级页表）
    • 不是让页表与逻辑地址空间的大小相对应，而是让页表与物理地址空间的大小相对于（虚拟地址空间增长速度快于物理地址空间）

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