4.5 分页存储管理方式
1.连续分配方式：一个进程连续的装进内存一个大小合适的区。->“碎片”->“紧凑”->增大开销
2.如果允许一个进程直接分散装入多个不相邻分区中，则无需“紧凑”->产生存储管理的离散分配方式。
3.离散分配三种方式：
- 分页存储管理方式
- 分段存储管理方式
- 段页式存储管理方式
4.离散分配内存：
- 作业规定大小划分成小份；内存也按同样大小划分成小份
- 作业的任一小份可分散放入内存任意未使用的小份
5.分页方式下，内存的使用率高，浪费少。但不是绝对没有碎片（进程的最后一页不总是能占满一个物理块）。
6.分页存储管理的基本方法
- 物理划分块的大小 = 逻辑划分的页的大小
- 每个作业都有自己的页表
- 页表的作用：每个作业页号到物理块号的地址映射
7.离散分配的过程;
- 找空：空闲空间管理
- 放入：装入与地址映射（形成页表）
- 记录：页表地址记入PCB
8.如何运行一个作业？
- 连续方式下：PCB记录内存的首地址，根据地址顺序取指令执行。
- 离散方式下：页表记录作业的各页分别占用了内存哪些块；PCB则记录页表在内存的地址——进程构造时伴随着构造页表，该核心信息也要放在内存中供访问。
9.地址映射（地址计算）的过程
若要执行某作业的一条指令，其相对地址是24B （设10B一页，页表如下表），其物理地址到底是多少呢？
- 分析其所在的页和偏移得：2号页（页号从0开始） ，偏移4B处是该条指令
- 查页表找页面对应的块（2号页保存在6号物理块）
- 找物理块6，向下偏移4B，找到要执行的指令。取出执行即可。
以上就是求商（页号）及取余（偏移量）的过程
10.一作业所有指令在用户地址空间是顺序编址。
11.实例
若作业页表如下表所示，任意取一用户程序指令，如第1011个指令，如何知道放在内存的哪里？
重要参数：系统页面大小=8B
页内的所有指令编址用了3位
111增一后进位，下一条第9条指令已经到了下一页1000
1011中的1代表是1号页，而011代表是该页中偏移3B后的第4条，
根据页表，1号页存在7#物理块上。
7#物理块又在哪？
物理块的编址也是8B大小决定的，地址结构类似
7#块的第一条指令地址是111000。第7块中向下偏移3就是要找的指令。其地址就是111011。
12.计算口诀
页面大小决定偏移量（页内地址）的位数 n；
作业大小->页面数量
->页表长度 a
->页号的位数 m（或总位数-页内位数）
内存容量决定块数，块数决定编址位数，即页表项位数 b。
13.地址变换过程
分页系统中，进程创建，放入内存，构建页表，在PCB中记录页表存放在内存的首地址及页表长度。
- 运行某进程A时，将A进程PCB中的页表信息写入PTR中；
- 每执行一条指令时，根据分页计算原理，得到指令页号X和内部偏移量Y；
- CPU高速访问PTR（页表寄存器，记录页表在内存中的首地址和页表长度，运行时快速定位页表）找到页表在哪里：
- 为防止错误检索，增加预先的判断：
- 计算得到的页号是否大于页表长度（即页表项数）
e.g. 一个5页的进程，页面编号0-4，若地址计算出的页号不在该范围，一定产生了越界错误。
- 查页表数据，得到X实际对应存放的物理块，完成地址映射计算，最终在内存找到该指令。
14.个人总结：
- 页面大小决定了在页面中的偏移量，如果页面填满，向前进位时，则是页号。
e.g.页面大小为8B
10000：后三位为页内相对于第0块的偏移量；后三位的前几位是页号 - 作业相对地址在分页下不同位置的数有一定的意义结构。
- 关键的计算是：根据系统页面大小找到不同意义二进制位的分界线。
- 页号+页内地址（即页内偏移）
从地址中分析出页号后，地址映射只需要把页号改为对应物理块号，偏移不变，即可找到内存中实际位置。 - 页面大小 = 页表项大小 * 个数
页面大小：系统预定
页表项大小：内存大小决定块的数量，块的数量决定页表项大小
个数：页号->物理块号映射信息个数（代表页在外页内的偏移量二进制数位数）
15.内存的有效访问时间EAT：进程发出逻辑地址的访问请求，经过地址变换，到内存中找到对应的实际物理地址单元并取出数据，所需花费的总时间。
16.设访问一次内存时间为t，则基本分页机制下EAT=2t。
原因：CPU操作一条指令需访问内存两次：
- 访问内存中的页表（以计算指令所在的实际物理地址）
- 访问指令内存地址
17.快表：在地址变换机构中增设一个具有并行查寻能力的特殊高速缓冲寄存器，又称为“联想寄存器”，或称为“快表”，简称TLB，用以存放当前访问的那些页表项。
18.引入快表后的内存访问时间：
快表的寄存器单元数量是有限的，不能装下一个进程的所有页表项。虽不能完全避免两次访问内存，但如果命中率a高还是能大幅度提高速度。
设一次查找访问快表时间为t’，则
EAT = a * t’ + (1 - a)(t’ + t) + t = 2t + t’ - t * a
19.两级页表
- 将页表分页，并离散地将页表的各个页面分别存放在不同的物理块中。
- 为离散分配的页表再建立一张页表，称为“外层页表”，其每个表项记录了页表页面所在的物理块号。
- 结构如下：
20.两级页表的地址变换机构
21.多级页表：64位操作系统下，两级仍然不足以解决页表过大问题时，可按同样道理继续分页下去形成多级页表。
22.反置页表
- 每个进程一张页表->一张OS 反置页表 + 每进程一张外部页表
- 反置页表（Inverted Page Tale）：站在物理块的角度，记录占用它的已调入内存的进程标识和页号。系统中只需一张该表即可。一个64MB内存，若页面大小4KB（64M/4K=2^16=16K个物理块），反置页表占用64KB（16K*4B）
- 进程外部页表（External Page Table）：每个进程一张，记录进程不在内存中的那些页面所在的外存物理位置。
4.6 分段存储管理方式
1.分段存储管理方式：作业分成若干段，段可离散存放，段内连续。
2.好处：
- 方便编程
- 信息共享
- 信息保护
- 动态增长
- 动态链接
3.分段的基本原理：程序通过分段(segmentation)划分为多个模块，每个段定义一组逻辑信息。
编译程序（基于源代码）决定每个程序分几段，每段多大。
4.段的特点
- 每段有自己的名字（一般用段号做名），都从0编址，可分别编写和编译。装入内存时，每段赋予各段一个段号。
- 每段占据一块连续的内存。（即有离散的分段，又有连续的内存使用）
- 各段大小不等。
5.分段的逻辑地址由段号（段名）+段内地址组成。
6.分段系统地址变换结构
分段存储同样有两次内存访问问题
解决方法：设置联想寄存器，用于保存最近常用的段表项。
7.分页和分段的主要区别
- 需求：分页是出于系统管理的需要，是一种信息的物理划分单位，分段是出于用户应用的需要，是一种逻辑单位，通常包含一组意义相对完整的信息。
一条指令或一个操作数可能会跨越两个页的分界处，而不会跨越两个段的分界处。 - 大小：页大小是系统固定的，而段大小则通常不固定。分段没有内碎片，但连续存放段产生外碎片，可以通过内存紧缩来消除。相对而言分页空间利用率高。
- 逻辑地址：
- 分页是一维的，各个模块在链接时必须组织成同一个地址空间；
- 分段是二维的，各个模块在链接时可以每个段组织成一个地址空间。
- 其他：通常段比页大，因而段表比页表短，可以缩短查找时间，提高访问速度。分段模式下，还可针对不同类型采取不同的保护；按段为单位来进行共享。
8.分段系统的突出优点：
- 易于实现共享
- 在分段系统中，实现共享十分容易，只需在每个进程的段表中为共享程序设置一个段表项。
- 对同样的共享内容的管理上，很明显分段的空间管理更简单。分页的图涉及太多的页面划分和地址记录的管理。
- 易于实现保护：
代码的保护和其逻辑意义有关，分页的机械式划分不容易实现。
9.段页式存储管理方式的基本原理：
- 将用户程序分成若干段，并为每个段赋予一个段名。
- 把每个段分成若干页。
- 地址结构包括段号、段内页号和页内地址三部分
10.段页式系统中的地址变换机构：
