p11 3.1 操作系统_内存

计算机体系结构/ 内存分层体系

• 计算机体系结构
• 内存分层体系
• 在操作系统的内存管理范例

内存金字塔

主存：对应 物理地址空间
进程：对应 逻辑地址空间

在操作系统中管理内存的不同方法

• 程序重定位
• 分段
• 分页
• 虚拟内存
• 按需分页虚拟内存

实现高度依赖于硬件

• 必须知道内存架构
• 硬件组件负责处理CPU的内存访问请求

地址空间&地址生成

地址空间定义

地址生成

逻辑地址是怎么生成的呢，如下图所示

• c程序中：变量以及函数的名字就是地址
• 汇编中：也是使用符号表示地址
• 机器语言(.o程序)：起始地址从0开始的连续地址空间，是逻辑地址，符号名变成地址。
• 多个.o文件链接成可执行程序：把多个.o程序变成一个单一的可执行程序。地址上看已经做了全局的地址(从0开始)。目前是放在硬盘中的一个程序。
• 硬盘中的可执行程序使用一个程序lloader加载到内存中：完成该程序在内存中的逻辑地址的生成(地址加上偏移量)

逻辑地址和物理地址的转换

加载到内存的程序里面的地址是逻辑地址，那是如何转换为真实的物理地址的呢

• cpu和内存中都存在<逻辑地址-物理地址的>映射，cpu里面有缓存会更快

地址安全检查

基址寄存器与界限寄存器

使用一种简单的动态重定位，把每个进程的地址空间映射到物理内存的不同部分。当使用基址寄存器和界限寄存器时，程序装载到内存中连续的空闲位置且装载期间无须重定位，如图3-2c所示。当一个进程运行时，程序的起始物理地址装载到基址寄存器中，程序的长度装载到界限寄存器中。在图3-2c中，当第一个程序运行时，装载到这些硬件寄存器中的基址和界限值分别是0和16 384。当第二个程序运行时，这些值分别是16 384和16384。如果第三个16KB的程序被直接装载在第二个程序的地址之上并且运行，这时基址寄存器和界限寄存器里的值会是32 768和16 384。
每次一个进程访问内存，取一条指令，读或写一个数据字，CPU硬件会在把地址发送到内存总线前，自动把基址值加到进程发出的地址值上。同时，它检查程序提供的地址是否等于或大于界限寄存器里的值。如果访问的地址超过了界限，会产生错误并中止访问。这样，对图3-2c中第二个程序的第一条指令，程序执行