L20 内存使用与分段

:::info 管理内存的原因：

• 计算机取指执行，指令在内存中
• 使用绝对地址不方便，因为程序载入时，并不确定会放在哪里
• 因此决定使用逻辑地址的机制：段地址+偏移地址，将程序中的地址看作逻辑地址

• 但是在多进程的情况下，段地址也会经常发生改变，用什么机制来克服？ :::

  重定位

  
  用逻辑地址来替代绝对地址
  是么时候完成重定位?

• 编译时重定位的程序只能放在内存固定位置

• 载入时重定位的程序一旦载入内存就不能动了
• 应该是运行时完成重定位

why
:::info 多进程应用仍然需要频繁的交换！ :::
每个进程有各自的基地址，放在PCB中

• 执行指令时第一步先从PCB中取出这个基地址

• 切换进程时，因为PCB也会切换，所以自动将基地址切换了

  程序分段

  :::info why 程序分段
  因为不同的程序段有不同的特性：代码段只读、变量段大小固定、堆栈区会动态变化……
  分段进行管理内存，更加高效！ :::
  如上图所示，将对应的代码段分区域放入内存

• 这里就引出了LDT表

LDT表存着不同的段对应的基址，通过查找LDT表可以获得想要的段的某个偏移地址下的内容。 :::tips 实际使用时是将GDT和LDT结合使用的
::: GDT：操作系统对应的段表，存进程的
LDT：每个进程对应的段表，存不同代码段的基地址。

L21 内存分区与分页

:::info 新的问题：如何分配空闲的内存

• 固定分区

• 可变分区 :::

  可变分区

  
  可以通过建立分区表的机制来控制 :::info 但是仍有问题

• 存在内存碎片

• 一旦碎片过多需要内存紧缩（重新把内容集中移动，这样耗时很大） ::: :::tips 解决方式：从连续到离散！—内存分页 :::
  例如在Linux0.11中，4k分成一页（正好3位）；

• 对所需要的空间，计算其大小并向上取整；

• 这样最多浪费的空间不过4k
• 上图中页仍是相对or逻辑的页，而页框是实际物理上分的页

:::tips 页表中存了页号（可以理解为逻辑地址）和页框号的对应；
逻辑地址是由页号和偏移量组成，先根据页号找到实际的页框，然后根据偏移量得到实际的地址; :::

L22 多级页表与快表

:::info 问题：页太小了页表就变大了 :::

• 为了避免空间浪费页应该尽可能小
• 但是这样页表会变得非常大

2^20个页表项都得放在内存中，需要4M内存；系统中并发10个进程，就需要 40M内存

方法1：只放用到的页表

实际上大部分的逻辑地址根本用不到

不连续怎么从逻辑页号到物理页号？

• 需要依次比较查找，需要耗费很多时间

• 即使是使用二分查找也有影响

  方法2：多级页表

  一个页目录能控制4M的内存，此处不需要的页目录不会留存！
  :::tips 牺牲是什么？

• 多增加一级会增加访问内存次数！ :::

  快表（TLB）

  TLB是一组相关联的快速存储，是寄存器 :::tips 存近期访问的页号！ ::: :::info 通过硬件比对，一次查找即可得到的！

• 若未查到，则仍是使用多级页表查找，并将查到的内容放到快表中。 ::: TLB命中时效率会很高，未命中时效率降低
  要想真正实现“近似访存1次” ，TLB的命中率应该很高 TLB越大越好，但TLB很贵，通常只有[64,1024] :::info whyTLB可以相对较小【64,1024】？

• 程序的访问具有局部性

• 程序多体现为循环和顺序结构。 :::