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计算机系统内存管理

发布时间:2019-05-08 18:01:05   编辑:移动互联网   阅读次数:

计算机系统的内存管理

虚拟内存和物理内存

之间的计算机系统处于共享物理存储器和其它系统资源的过程。为了更有效地管理内存,并减少失误,现代系统提供主存储的抽象,称为虚拟内存,它提供了一个大型私人和一致的内存空间为每个进程。物理存储器通常具有掉电结构的高速RAM丢失,并且虚拟存储器通常是指一个区域的开口的硬盘上。虚拟内存有三个主要角色:

1。它是在主存储器作为存储在主存储器只在有源区中,主存储器和磁盘之间的来回根据需要交换的数据,因而存储器高效的磁盘存储数据高速缓冲存储器的地址空间。
2。它提供了每个地址空间一致的过程中,很容易的内存管理,并易于链接的链接器和加载代码加载到内存中运行。
3。虚拟内存地址空间内也能确保每个过程不被破坏其他进程。

解决物理和虚拟寻址

物理寻址

该CPU物理地址发送读取模式,其中数据内容的主存储器地址直接调用物理地址,物理寻址速度快,简单而直接,在这种方式中最嵌入式处理器寻址。

虚拟寻址

在虚拟寻址的系统中,虚拟地址被发送到CPU存储器管理单元MMU,MMU转换为物理地址的虚拟地址被发送到主存储器读取从物理地址对应于该内容到CPU数据。这解决更复杂的系统中常用的CPU硬件MMU必须为了使用这种寻址方式。一般能够运行具有CPU和硬件MMU有了这个解决操作系统。

虚拟寻址过程

虚拟页

虚拟寻址过程实际上是从虚拟地址空间到物理地址空间的映射。对应于盘上的虚拟地址空间是一个连续的地址空间。对应于主存储器地址空间中的物理地址空间。通常,大的虚拟空间被分成相等大小的块被称为虚拟页(VP)将被分为一个物理空间和物理页大小等VP(PP)。
VP有三种状态:

  • 未分配:它表明虚拟页面未存储的数据内容,它是免费的,不占用硬盘空间。
  • 无缓存:表示该数据已存储的虚拟页面的内容,但没有缓存到主存。
  • 缓存:表示该数据已存储的虚拟页面的内容和数据在主内存中缓存。

物理页
对于该系统,以确定是否一个虚拟页面已经在内存中缓存,在存储一组页表项(PTE)被称为物理内存页表(页表)的区域打通,PTE实际上反映了虚拟地址映射到一组状态和访问的物理页面控制的物理地址。

每个条目由PTE有效位和地址字段的,有效位表示是否对应于虚拟页的位置已经在存储器中被高速缓存,即,如果对应于该物理虚拟页高速缓存1,和网页地址保存在地址栏。(未分配的虚拟页)如果没有高速缓存是0,则地址字段包含一个虚拟页面地址或空。

页命中
如上所示,当CPU被给予访问在VP2的区域中的虚拟地址准备期,是首先要找到根据虚拟地址对应的PTE在主存储器中的页面表,然后立即显著位为1,表明虚拟页面已经被缓存在主存储器中的物理地址,然后读取地址字段。一世。?。中,所需数据被称为主存储器命中页面。

缺页

当CPU被给予一段数据VP3的的虚拟地址随时获得,首先找到在主存储器中对应于该PTE页表,然后立即PTE有效位是0,I。?。没有VP3缓存到主存,那么这时候内核会触发缺页异常,然后找到一个牺牲内核页(数据已被更改)的位置,将它复制回磁盘,然后腾出的代价在主内存中的页面。在上图中是物理页PP3。然后内核复制到虚拟内存页面VP3并通过重新访问虚拟地址页命中修改状态和域PTE3的物理地址,此时。

地址的转换
流程MMU将虚拟地址映射到物理地址被称为地址转换。

由虚拟地址的虚拟页号(VPN)和虚拟页偏移量(VPO的)构。该VPN可以在主存储器对应于所述PTE,现在,通过加入虚拟页偏移而获得,则控制字和PTE地址字段,状态对应的物理地址可被获取的物理页的物理地址的页表中找到(也物理页偏移量),以获得完整的物理地址。然后,通过物理地址读取数据。

访问效率优化

  • 多级页表可以减少主存储页表所占用的大小,因为他们大多是空的虚拟地址,则无需分配PTE他们只需要等待,直到分配之前分配给它们的时间。
  • 提高主存储器和MMU,在缓存中最活跃的数据之间的缓存,可以加快访问效率,当高速缓存未命中的主内存和拷贝去访问的数据缓存,充分利用的原则局部性。
  • PTE增加TLB缓存保存在MMU最近访问,可以加快地址转换。

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