一、连续分配方式的缺点

连续分配：只能将一个进程放入一个连续的足够存放进程大小的内存空间

考虑支持多道程序的两种连续分配方式:

1.固定分区分配：缺乏灵活性，会产生大量的内部碎片，内存的利用率很低。

2.动态分区分配：会产生很多外部碎片，虽然可以用“紧凑”技术来处理，但是“紧凑”的时间代价很高

如果允许将一个进程分散地装入到许多不相邻的分区中,便可充分地利用内存，而无需再进行“紧凑”

基于这一思想，就有了非连续分配方式，或者叫离散分配方式

连续分配：为用户进程分配的必须是一个连续的内存空间

非连续分配：为用户进程分配的可以是一些分散的内存空间

二、分页存储管理

固定分区分配——》非连续分配

基本分页存储管理的思想：把内存分为一个个相等的小分区,再按照分区大小把进程拆分成一个个小部分

1.内存分区

将内存空间分为一个个大小相等的分区（比如:每个分区4KB），每个分区就是一个“页框”，或称“页帧”、“内存块”、“物理块”。每个页框有一个编号，即“页框号”(或者“内存块号”、“页帧号”、“物理块号”）页框号从0开始。

2.进程分区

将用户进程的地址空间也分为与页框大小相等的一个个区域，称为“页”或“页面”。每个页面也有一个编号，即“页号”，页号也是从0开始。

(注:进程的最后一个页面可能没有一个页框那么大。因此，页框不能太大，否则可能产生过大的内部碎片)

3.页和页框

操作系统以页框为单位为各个进程分配内存空间。进程的每个页面分别放入一个页框中。也就是说：进程的页面与内存的页框有一一对应的关系。

各个页面不必连续存放，也不必按先后顺序来，可以放到不相邻的各个页框中。

三、地址转换

将进程地址空间分页之后，操作系统该如何实现逻辑地址到物理地址的转换?

思想：

模块在内存中的的“起始地址”＋目标内存单元相对于起始位置的“偏移量”

1.实现方式

将进程的逻辑地址空间分页，假设每页大小为50B

CPU执行指令1，需要访问逻辑地址为80的内存单元，如何转换为物理地址？

1.要算出逻辑地址对应的页号

2.要知道该页号对应页面在内存中的起始地址

3.要算出逻辑地址在页面内的“偏移量”

4.物理地址=页面始址＋页内偏移量

计算页号和偏移量：

页号=逻辑地址/页面长度（取除法的整数部分）

页内偏移量=逻辑地址%页面长度（取除法的余数部分)

页面在内存中的起始位置：操作系统需要用某种数据结构记录进程各个页面的起始位置。

为了方便计算，页面大小一般设为2的整数幂

2.二进制计算

假设用32个二进制位表示逻辑地址，页面大小为2^12 B = 4096 B = 4 KB

0号页的逻辑地址空间应该是0~4095，用二进制表示应该是: 00000000000000000000000000000000~ 00000000000000000000111111111111

1号页的逻辑地址空间应该是4096~8191，用二进制表示应该是: 00000000000000000001000000000000 ~ 00000000000000000001111111111111

2号页的逻辑地址空间应该是8192~12287，用二进制表示应该是: 与另一种算法的结果对比: 00000000000000000010000000000000 ~ 00000000000000000010111111111111

Eg:逻辑地址2，用二进制表示应该是00000000000000000000000000000010 若0号页在内存中的起始地址为x，则逻辑地址⒉对应的物理地址应该是X+000000000010

Eg:逻辑地址4097，用二进制表示应该是00000000000000000001000000000001 若1号页在内存中的起始地址为X，则逻辑地址4097对应的物理地址应该是X+000000000001

结论：

如果每个页面大小为2^k B,用二进制数表示逻辑地址，则末尾K位就是页内偏移量，其余部分就是页号

eg.

00000000000000000001000000000002

1就是页号，2就是页内偏移量

对于32位二进制来表示逻辑地址：

0~11位就是页内偏移量，12~31位就是页号

如果有K位表示“页内偏移量”，则说明该系统中一个页面的大小是2^K 个内存单元

如果有M位表示“页号”，则说明在该系统中，一个进程最多允许有2^M 个页面

四、页表

为了能知道进程的每个页面在内存中存放的位置，操作系统要为每个进程建立一张页表。

1.一个进程对应一张页表

2.进程的每一页对应一个页表项

3.每个页表项由“页号”和“块号”组成

4.页表记录进程页面和实际存放的内存块之间的对应关系

5.每个页表项的长度是相同的，页号是“隐含”的

为什么每个页表项的长度是相同的，页号是“隐含”的？

Eg:假设某系统物理内存大小为4GB，页面大小为 4KB，则每个页表项至少应该为多少字节?

4GB = 2^32 B，4KB = 2^12 B

因此4GB的内存总共会被分为2^32 / 2^12 =2^20个内存块，因此内存块号的范围应该是0~2^20-1

因此至少要20个二进制位才能表示这么多的内存块号，因此至少要 3个字节才够 (每个字节8个二进制位，3个字节共24个二进制位）

各页表项会按顺序连续地存放在内存中

如果该页表在内存中存放的起始地址为x，则 M号页对应的页表项一定是存放在内存地址为：X＋3*M

因此，页表中的“页号”可以是“隐含”的。

只需要知道页表存放的起始地址和页表项长度，即可找到各个页号对应的页表项存放的位置

在本例中，一个页表项占3B，如果进程由n个页面，则该进程的页表总共会占3*n个字节

五、总结