（两百七十六）《OperatingSystems:ThreeEasyPieces》读书笔记（四）

 第16章 分段

之前的基址寄存器&＃43;界限寄存器会达到内部碎片和外部碎片的问题&＃xff0c;内部碎片是由于堆栈可能内存空间使用不充分&＃xff0c;中间有空闲内存&＃xff0c;但仍分配了对应的物理内存。外部碎片指分配完程序所需的内存空间后&＃xff0c;整块内存中间有大大小小的碎片&＃xff0c;即为外部碎片。

分段解决了内部碎片问题&＃xff0c;为代码、堆和栈分别设置了基址寄存器&＃43;界限寄存器。即泛化的基址/界限

那带来了问题&＃xff0c;如何确定代码堆栈和寄存器的对应关系呢&＃xff1f;

• 显示&＃xff08;将虚拟地址分为分割成段标识&＃43;偏移&＃xff0c;段标识意指00 01 10 11&＃xff09;
• 隐式&＃xff08;地址由程序计数器产生&＃xff0c;地址在代码段&＃xff0c;基于栈或基址指针&＃xff0c;则在栈&＃xff0c;否则在堆&＃xff09;

外部碎片可通过最优匹配、最坏匹配、首次匹配和伙伴算法或定期紧凑内存

分段仍不能很好解决堆大而稀疏的问题&＃xff0c;还是会由内存碎片问题

第17章 空闲空间管理

问题&＃xff1a;变长的分配请求怎么管理内存&＃xff1f;什么策略碎片最小化&＃xff1f;相对应的时间空间开销&＃xff1f;

假设

• 策略主要关心外部碎片
• 内存分配后不可重定位到其他位置
• 分配程序管理的是连续区域&＃xff0c;可以要求其生长

另外分配内存时需要内存大小&＃xff0c;但是释放时不需要时由于内存块有个头部&＃xff0c;会记录当前分配的内存块大小&＃xff0c;当释放时读取即可。

组成部分为&＃xff1a;头块&＃xff08;size&＃43;magic&＃xff0c;hptr指向&＃xff09;&＃43;请求分配区域&＃xff08;ptr指向&＃xff09;

基本策略&＃xff1a;

最优匹配策略&＃xff1a;找到和请求内存大小最接近的内存块&＃xff0c;优点是避免浪费&＃xff0c;缺点是时间复杂度高&＃xff0c;性能损耗大

最差匹配&＃xff1a;目的是保留较大的块&＃xff0c;而不是像最优匹配一样剩很多小块&＃xff0c;策略是找到最大的块进行分割

首次匹配&＃xff1a;找到第一个足够大的块即进行分割

下次匹配&＃xff1a;在首次匹配的基础上继续向后遍历首次匹配&＃xff0c;多维护一个上次分配地址的指针&＃xff0c;避免对列表开头频繁分割

分离空闲列表&＃xff1a;管理类似相同的分配请求列表&＃xff0c;实际应用当内核启动时&＃xff0c;为频繁请求的内核对象创建了一些对象缓存&＃xff0c;这些对象缓存每个分离了特定大小的空闲列表&＃xff0c;因此可以快速响应和释放

伙伴系统&＃xff1a;用户合并内存很方便&＃xff0c;地址只需要改一位&＃xff08;分配内存时2的次幂&＃xff0c;会有内部碎片问题&＃xff09;

第18章 分页

 分片&＃xff1a;意为将内存分割成固定长度的分片

页表&＃xff1a;虚拟内存页定位到对应的页帧上&＃xff0c;映射关系存储在内存中

地址空间地址组成&＃xff1a; VPN(虚拟页面号) &＃43; Offset&＃xff08;偏移量&＃xff09;

第19章  分页&＃xff1a;快速地址转换&＃xff08;TLB&＃xff09;

分页&＃xff1a;有性能消耗问题&＃xff0c;会多一次对页表的内存访问&＃xff0c;TLB用来优化该问题

大概流程&＃xff1a;从虚拟地址中提取页号&＃xff0c;然后检查TLB中是否由该VPN的转换映射&＃xff0c;如果有&＃xff0c;则有了TLB命中&＃xff0c;这意味这TLB有该页的转换映射&＃xff0c;接下来就从相关TLB项中取出页帧号&＃xff08;PFN&＃xff09;,与原来虚拟地址中的偏移量组合形成期望的物理地址&＃xff08;PA&＃xff09;,并访问内存。

如果没有命中&＃xff0c;则硬件访问页表寻找转换映射&＃xff0c;并将该转换映射更新TLB&＃xff0c;TLB更新后会重新执行该整个流程。

总结来看就是TLB相对于页表进行了缓存&＃xff0c;访问过一次后即命中后&＃xff0c;可加快虚拟地址向物理地址的转换

第20章 分页&＃xff1a;较小的表

分页还有另外一个问题&＃xff1a;由于页号太多&＃xff0c;页表会很大&＃xff0c;进而消耗内存过高

策略

1.更大的页&＃xff1a;减少了页&＃xff0c;但是会带来内部碎片问题

2.混合方法&＃xff1a;分段&＃43;分页&＃xff0c;地址空间分割为 seg &＃43; VPN &＃43;offset&＃xff0c;但对大而稀疏的堆处理的不大好

3.多级页表&＃xff1a;页目录&＃xff08;&＃43;页次级目录&＃xff09;&＃43;页表&＃xff08;思想不局限于特定功能分段&＃xff0c;而是将地址空间分成几块&＃xff0c;分别对应于目录的映射&＃xff0c;分的快速取决于总体页数除以每页能存储的页数&＃xff09;

时间和空间的折中