操做系統----->>>>>關於段頁式內存管理的總結

內存管理的技術主要有：

固定分區內存管理、可變分區內存管理、簡單頁內存管理、虛擬內存頁式管理、簡單段內存管理、虛擬段內存管理

這6中技術。其實還有一種是結合了段和頁式內存管理的方案。下面主要討論段頁式內存管理。

開講以前，明白一個結論：頁式內存對程序員透明，而段式內存管理，則不。

一                            原理部分

簡單頁內存管理--->

原理：進程被組織成若干頁，造成的頁表。頁表中的每一項包括頁號、偏移地址、控制位(如修改位，讀取位等）等。當進程運行時進程頁被所有加載到內存中（在沒有覆蓋技術的系統中，反之，則能夠部分加入）。當cpu 發生存儲器訪問（尋址）時，會發生邏輯地址（進程頁號，偏移地址）到物理地址或實地址（內存幀號，偏移地址表示）的轉換。即經過邏輯地址的進程頁號做爲索引，和基址寄存器（存放頁表的起始地址=程序運行的首地址）指定的進程頁表，索引到由操做系統維護的空閒內存幀列表中的內存幀（用幀號表示）。再經過幀號+偏移地址獲得一個物理地址。

注意一個概念，進程的頁表由進程自身維護（用於描述自身的頁）。而操做系統也會維護一個空閒內存幀表（由操做系統建立維護，用以描述空閒內存的幀）。這個概念在段式內存管理中一樣適用。

另外，和虛擬內存頁管理不一樣的是，簡單頁內存管理不要求進程的全部頁被加入內存。

存在內部碎片，沒有外部碎片。

進程頁大小=內存幀大小

簡單段內存管理原理-->

原理：程序在編譯時，造成一系列的段。進程會維護一個段表。段中每項包括段號，偏移地址、控制位（修改位、讀取位等控制位信息）等構成。當進程運行時，要求進程全部的段被加載到內存。當cpu發生存儲器訪問（尋址）時，須要把程序用的邏輯地址（段號，偏移地址共同表示），經過基址寄存器或稱爲段表指針（存放進程段表地址=程序執行首地址的寄存器），加上要訪問的段號做爲系統空閒段表的索引，索引到一個空閒內存段。最後+偏移地址，轉換成實際的物理地址（空閒內存段號，偏移地址）。

而進程段表由自身維護，系統會維護一張當前內存空閒段的段表。

要求進程段在進程運行時所有加載。

因爲，每一個進程段大小不一樣，操做系統會根據進程段的大小尋找一塊恰好大小的內粗段存放之。故沒有內部碎片，可是有外部碎片。

虛擬內存下的頁內存管理-->

原理：基本和簡單頁式內存管理別無二致。惟一不一樣的是，進程運行時，不要求進程頁表中的全部頁被映射到內存幀。根據使用時，用到某個頁，如今當前內存駐留頁中查找是否存在該頁，若是有直接存取。不然，經過一個缺頁錯誤（缺頁中斷）就從磁盤中加載此缺頁。另外，若是當前內存中內存已滿，則某些頁會被換出內存（寫回磁盤）。

極端的是，當進程被掛起時，在這以前，該進程的全部頁都將被換出內存，當進程喚醒時，再加入內存。

虛擬內存下的段內存管理：

原理：基本和簡單段式內存管理別無二致。惟一不一樣的是，不要求進程在運行時所有加入進程段。而是根據須要如虛擬頁式內存管理同樣，動態的加載與換出。所以，在理論上，每一個進程擁有一個和物理內存同樣大的虛擬內存空間。

好比，一個32位地址系統，物理內存時4GB，則每一個進程擁有一個4GB的虛擬內存空間。

二                                優缺點對比

三                                基本術語

頁、段、幀：

 頁式進程的概念，段也是進程的概念，幀是頁的物理內存映射，這個幀表有OS維護。

段表地址、頁表地址、程序運行首地址、基址以及基址寄存器的關係？

段表中的每一個段都有本身的首地址（邏輯地址），段表描述進程中的每一個段。

頁表由進程維護，描述每一個進程頁未來映射到的空閒內存幀。

程序運行首地址通常和段表、頁表首地址相同。基址也是如此，而基址寄存器存放基址

故以上的幾個概念大體能夠化等號。它們描述的對象是同樣的。注意在不一樣場合，靈活對待。

 

虛擬內存：

書上的概念是將輔助存儲的一部分做爲內存的擴展。也就是看成「內存」來用。

內存抖動：

進程的頁或段頻繁地在內存和磁盤（輔助存儲）之間來回移動。好比，當你準備換出的頁或段在換出的補償時間內，有將被讀入。並反覆如此，就會致使內存抖動。

地址重定位：

邏輯地址到物理地址的映射過程。

邏輯地址：

段式邏輯地址=段號，偏移地址

頁式邏輯地址頁號，偏移地址

物理地址：

實際存儲的地址

基址寄存器：

通常存放程序執行地址的寄存器。

進程頁表：

頁式內存系統下，用於描述進程的數據結構

內存空閒幀表

進程頁映射到的空閒內存幀的集合

進程段表

段式內存下，用於描述進程的數據結構

內存空閒段表

進程段可以映射的實際內存段的集合

虛擬地址空間：

使用虛擬存儲的系統，每一個進程理論上擁有的地址空間。

存儲器訪問（或尋址）會發生什麼？

會發生地址重定位（程序的邏輯地址---->物理地址的轉換）

頁請求策略

頁放置策略

頁替換策略

頁替換策略分爲四大頁替換算法：

最優替換策略（OPT）：將當前駐留在內存中的，那些下次將要被訪問的時間間隔最長的內存頁替換出去（從主存寫回磁盤）。這是一種預計未來的思想，這種算法固然是性能比較好的。這種玩意兒理解起來極其簡單，也就是在當前的頁訪問序列中，未來最不可能被訪問的幀被替換出去。產生 的頁錯誤（頁中斷）次數最少。因爲它預測了未來會發生什麼，在現實中，它一般是不能實現的。

效率高，可是不易實現

最近最少使用替換算法LRU（Least recent use）：把那些最近使用最不頻繁的內存頁替換出去。即離當前訪問序列中最遠的那個內存頁（實際上是幀，爲方便表述，將進程頁的概念等價爲內存幀。）

效率接近OPT，可是不易實現

FIFO替換算法（先進先出算法）：這種算法是將當前駐留在內存中的最早進內存的頁替換出去。

實現簡單，可是效率低下，發生頁錯誤的次數高。

時鐘替換算法（Clock算法）：一種類FIFO算法，可是又不一樣。這種算法這種了效率和實現難度以及開銷三者的利弊。科學家主要對這個小子進行開發。因此，大多數效率比較高的幀替換算法都是Clock替換算法的變種。

------>>>>>>好好掌握Clock算法很是關鍵。

效率比較：OPT>LRU>CLOCK>FIFO