背景
连续分配的缺点：
物理内存必须连续
存在外碎片和内碎片
内存分配的动态修改困难
内存利用率较低
非连续分配的设计目标
目标：提高内存利用效率和管理灵活性
允许一个程序使用非连续的物理地址空间
允许共享代码与数据
支持动态加载和动态链接
非连续分配需要解决的问题
何实现虚拟地址和物理地址的转换（不同的逻辑地址可能位于不连续的物理区域中）
软件实现（灵活，开销大）
硬件实现（够用，开销小）
如何选择非连续分配中的内存分块大小
- 段式存储管理（segmentation）：块大
- 页式存储管理（paging）：块小
段式存储
进程有哪些段
代码段（公用库代码段、子模块代码段、主代码段）
堆栈段（stack）
堆数据（heap）
初始化数据段
BSS段（存放未初始化的全局变量）
段的概念
段表示访问方式和存储数据等属性相同的一段地址空间
对应一个连续的内存“块”
若干个段组成进程逻辑地址空间
段访问：逻辑地址由二元组（s，addr）表示；“段基址+段内偏移”
段访问的硬件实现
首先从逻辑地址中得到段号和偏移量
在段表中查找段号，得到段基址和段长度
由MMU来判断偏移量是否合法（偏移量是否大于段长度）
得到物理地址，在物理内存中查找相应内容
页式存储
页式存储概念
页帧（帧是物理的）
把物理地址空间划分为大小相同的基本分配单位
2的n次方，如512,4096,8192，4k是常用大小
地址可以表示成二元组（f，o）；“帧基址（帧号*帧大小）+帧内偏移”
页面（页是逻辑的）
把逻辑地址空间也划分为相同大小的基本分配单位
帧和页的大小必须是相同的
页表
保存页号与帧号之间的映射关系
页表结构
每个进程都有一个页表
随进程运行状态而动态变化（可以动态调整内存空间大小）
页表基址寄存器：PTBR（存放页表起始位置）
页表项的组成
每个页面对应一个页表项
帧 号：f
存在位：逻辑页面是否存在与之对应的物理帧（有些逻辑页没有对应的物理帧）
修改位：对应的页面中的内容是否被修改了
引用位：在过去一段时间内是否访问过页中的某一个存储单元
页式存储的性能问题
访问一个内存单元需要2次内存访问：第一次访问：获取页表项，第二次访问：获取数据
页表可能非常大：64位机器如果每页1024字节，则页表的大小为2^54*8
页式存储的性能优化
快表（TLB）：缓存
缓存近期访问的页表项
关联存储器：有一组key，可以并行地查找所有表项，得到匹配项
快表位于CPU中，所以它的速度快、成本高、功耗大
如果TLB未命中，再访问页表，对应的表项被更新到TLB中
多级页表：
通过间接引用将页号分成k级，建立页表“树”。
减少了空页表项，节约空间。但大地址空间（64-bits）系统，多级页表变得 繁琐。
反置页表：hash
页表项与帧做对应
页寄存器（一个帧对应一个页寄存器）的内容包括
使用位（Residence bit）：此帧是否被进程占用
占用页号（Occupier）：对应的页号p
保护位（Protection bits）：约定这一页的访问方式，可读，可写……
页寄存器中的地址转换：对逻辑地址进行*Hash映射，以减少搜索范围
页寄存器搜索步骤
对逻辑地址进行Hash变换
在快表中查找对应页表项
有冲突时遍历冲突项列表
查找失败时，产生异常
反置页表的优缺点
优点：页表小
缺点：需要搜索页寄存器
段页式存储
什么是段页式存储管理
在段式存储管理基础上，给每个段加一级页表
逻辑地址：段号+若干个页号+页内偏移
物理地址：帧号+页内偏移
段页式存储管理中的内存共享（同表）:通过指向相同的页表基址，实现进程间的段共享，共享段指向同一个页表