非连续内存分配

为什么要非连续内存分配？

• 分段
• 分页
• 页表

连续内存分配的缺点：

• 分配给一个程序的物理内存是连续的
• 内存利用率较低
• 有外碎片，内碎片的问题

非连续分配的优点：

• 一个程序的物理地址空间是非连续的
• 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

非连续分配的缺点：

• 如何简历虚拟地址和物理地址的转换

• 软件方案
• 硬件方案

硬件方案

分段

• 程序的分段地址空间
• 分段寻址方案

• 一个段一个内存“块”：一个逻辑地址空间
• 一个二维的二元组（s, addr）：s 一个段号，addr 一段内偏移

分页

• 分页地址空间

• 划分物理内存至固定大小的帧：大小是2的幂
• 划分逻辑地址空间至相同大小的页：大小是2的幂
• 建立方案 转换落地地址为物理地址：

• 页表
• MMU/TLB

• 帧：物理内存被分割成大小相等的帧
• 页：一个程序的逻辑地址空间被划分为大小相等的页

• 页寻址方案

• 页表保存了逻辑地址-物理地址之间的映射关系

• 页寻址机制

• 页映射到帧
• 页是连续的虚拟内存
• 帧是非连续的物理内存
• 不是所有的页都有对应的帧

页表

• 每一个运行的程序都有一个页表

属于程序运行状态，会动态变化

PTRB：页表基址寄存器

• 分页机制的性能问题：

访问一个内存单元需要2次内存访问:

一次用于获取页表项

一次用于访问数据

页表可能非常大

64位机器如果每页1024字节，那么一个页表大小会是多少？

如何处理：

缓存 TLB

缓存TLB使用associative memory 关联内存实现，具备快速访问性能

如果TLB命中，物理页号可以很快被获取

如果TLB未命中，对应的表项被更新到TLB中(跟CPU有关，可能由操作系统或者是硬件来实现)

间接访问

多级页表：通过把页号分为k个部分，来实现多级间接页表

建立页表

大地址空间问题

有大地址空间，前项映射页表变的繁琐

不是让页表与逻辑地址空间的大小相对应，而是让页表与物理空间的大小相对应

• 基于页寄存器的方案

每个帧和一个寄存器关联，寄存器包括哟

residence bit 此帧是否被使用

occupier 对应的页号p

protection bits 保护位

• 优点

• 转换表的代销相对于物理内存来说很小
• 转换表的大小和逻辑地址大小无关

• 缺点

• 需要的信息对调了，即根据帧号可找到页号
• 如何转换回来？
• 在需要的反向页表中搜索想要的页号

• 使用关联内存的方案
• 基于hash计算的查找方案