有关网站建设的文章,网站如何清除百度收录,cdn网站,咨询公司简介操作系统是通过内存分段和内存分页的方式管理虚拟内存地址和物理内存地址之间的关系
内存分段
程序是由若干个逻辑分段组成的#xff0c;代码分段、数据分段、栈段、堆段组成#xff0c;不同的段有不同的属性#xff0c;所以就用分段的形式分离开。
分段机制下的虚拟内存…操作系统是通过内存分段和内存分页的方式管理虚拟内存地址和物理内存地址之间的关系
内存分段
程序是由若干个逻辑分段组成的代码分段、数据分段、栈段、堆段组成不同的段有不同的属性所以就用分段的形式分离开。
分段机制下的虚拟内存由两部分组成段选择因子和段内偏移量。段选择因子里面有段号段号是段表的索引段表是一个表里面保存的有该段的基地址、段的界限和特权等级。段内偏移量应该位于 0 和段界限之间如果段内偏移量是合法的就将段基地址加上段内偏移量得到物理内存地址。
分段机制会把程序的虚拟地址分为4个段每个段在段表中有一个项在这一个项找到段的基地址然后加上偏移量就能找到在物理内存中的地址。
每个段的长度是不一样的而且每个段内部都是从0开始编制的。 每个段内部是连续分配内存但是段和段之间是离散分配的。 分段的方式解决了程序员不需要关心具体的物理地址内存的问题但是有一些不足之处
存在内存碎片外部碎片可以通过内存交换的方式解决内存交换的效率低把内存写到硬盘上面太慢了 内存分页
内存分页是为了减少内存碎片、加快内存交换的方式。
分页是把整个虚拟和物理内存空间切成一段段固定尺寸的大小。每个页的大小是4k。 虚拟地址与物理地址之间通过页表来映射。 MMU是内存管理单元 当进程访问虚拟内存地址在页表中查不到时系统会产生一个缺页异常进入系统内核分配物理内存更新进程页表然后再返回用户空间恢复进程的运行。
分页是怎么解决分段的「外部内存碎片和内存交换效率低」的问题
分页的话页与页之间是紧密排列的所以不会存在外部碎片。内存分页机制分配内存的最小单位是一页即使程序不足一页大小最少只能分配一个页所以页内会出现内存浪费所以针对内存分页机制会存在内部内存碎片的现象。
如果内存分页不够操作系统会把其他正在运行的进程中的最近没有被使用的内存页给换出到硬盘上面。 一旦需要的话再从磁盘上面换入到内存里面。由于一次性换入或者换出的只有少数几个页所以不用花费太多的时间。
更进一步分页的方式使得我们在加载程序的时候不再需要一次性把全部的程序加载到物理内存中。我们可以在进行虚拟内存和物理内存的页之间映射之后并不把真正的页加载到物理内存里面而是只有在程序运行中需要用到对应的虚拟内存页里面的指令和数据的时候在加载到物理内存中去。
分页机制下虚拟地址和物理地址是如何映射的
虚拟地址分为两部分页号和页内偏移页号是页表的索引页表中存储的是虚拟页号和物理页号物理页号可以查找物理内存的基地址基地址划伤页内偏移量就能找到真实的物理地址。
简单的分页有什么问题
32位的环境下每个进程的虚拟地址空间都有4GB一个页的大小是4kb那么就会存在4GB / 4KB 100万个页每个页中有的页表项 需要4个字节大小来存储那么整个4GB的映射需要4MB的内存来存储页表。 如果有100个进程的话需要400M来存储耗费比较大。
多级页表是什么
每个进程的100万个页共用的一个页表 该页表占用的4MB空间。 4M空间来说有些大了我们把这100万个页表项的单级页再分页将一级页表再分为1024个二级页表每个二级页表中包含1024个页表项。
分了二级表映射 4GB 地址空间就需要 4KB一级页表 4MB二级页表的内存这样占用空间不是更大了吗
如果把4GB的虚拟地址全部都映射到了物理内存上的话确实二级分页占用的空间更大了但是我们不会为一个进程分配太多的内存。 对于每个进程来说其使用的空间没有达到4GB因为会存在部分对应的页表项都是空的对于已经分配的页表项如果最近一段时间没有被使用在物理内存紧张的情况下也是会被换出的。
那么为什么不分级的页表就做不到这样节约内存呢
页表一定要覆盖全部的虚拟地址空间不分级的页表需要100万个页表项来映射而分级的页表只需要1024个页表项。
