存储器分层体系

存储管理器 -> 管理分层存储器体系

一、无存储器抽象

直接访问物理内存

在不使用存储器抽象的情况下运行多个程序

两个程序都引用了绝对的物理地址—静态重定位

二、一种存储器抽象：地址空间

将物理地址直接暴露给进程的问题：

用户程序很容易破坏操作系统
同时运行多个程序非常困难

1、地址空间的概念

解决两个问题：保护和重定位

地址空间是一个进程可用于寻址内存空间的一套地址集合，每个进程有一套自己的内存空间

地址空间的抽象概念：电话号码的前缀、IPv4地址、域名

基址寄存器和界限寄存器

动态重定位

2、交换技术

处理内存超载的两种办法：

交换

将程序完整调入内存再放回磁盘
虚拟内存

将程序的一一部分调入内存

3、空闲内存管理

跟踪内存使用情况：

位图

内存被划分为一个一个小的分配单元，对应于
空闲区链表

维护一个已分配内存段和空闲内存段的链表

三、虚拟内存

解决问题：软件膨胀

虚拟内存思想：每个程序拥有自己的地址空间，空间被分割成多块，每一块称做一页或者页面

1、分页

虚拟地址构成了虚拟地址空间，MMU负责将虚拟地址映射为物理地址

虚拟地址空间按照固定大小划分成页面

缺页中断

虚拟地址分为页号（页面的索引）和偏移量

2、页表

虚拟地址分为虚拟页号和偏移量

虚拟地址（虚拟页号 + 偏移量） -> 虚拟页号 -> 虚拟页面对应的页表项 -> 页框号 -> 页框号 + 偏移量 -> 物理地址

页表的目的：将虚拟地址转换为页框

页表项结构：访问位、修改位、保护位、“在/不在”位、页框号

虚拟内存的本质是创建了一个新的抽象概念：地址空间

虚拟内存的实现，是将虚拟地址空间分成页，并将每一个页面映射到物理内存的页框或者解除映射，

3、加速分页过程

时间和空间的问题

虚拟地址到物理地址的映射必须很快
如果虚拟地址空间很大，则页表也会很大

（1）转换检测缓冲区

转换检测缓冲区（TLB）也称相联存储器和快表

当需要查找一个虚拟地址时，先查找TLB表；如果TLB表没有就查找页表，并将该页表项替换一个TLB表项

（2）软件TLB管理

使用软件而不是硬件来处理TLB失效的问题

4、针对大内存的页表

引入TLB可以加快虚拟地址到物理地址的转换，那么如何处理巨大的虚拟地址空间呢？

（1）多级页表

引入多级页表的原因就是避免将所有的页表全都保存在内存里面

（2）倒排页表

对虚拟页面进行散列运算，建立散列表

四、页面置换算法

发生缺页中断时候，操作系统必须去选择一个页面将其换出内存

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