虚拟记忆效应以及分页和分段之间的关系

Posted 2021-05-06

这是我的第一篇文章。我想问一下虚拟内存与分页和分段有什么关系。我在互联网上搜索了几天，但仍然无法将这些信息整理成正确的顺序。这是我目前所知道的：

我们可以在内存中讨论地址（我们可以说它们是内存抽象级别）：

• 物理级别（CPU与内存控制器通信，“嘿给我地址0xFFEABCD的内容”，这些地址是RAM中单元的地址，所以单元0xABCD有物理地址0xABCD。内存控制器只能使用物理地址，所以如果地址不是物理地址它必须改为物理。
• 逻辑层次。这是物理地址的抽象。这里的处理如果要求存储器（假设成功分配）给出的地址与RAM中的单元没有直接关系。我们可以说这些地址来自不同的池（世界？）而不是物理地址。正如我之前所说，内存控制器只能理解物理地址，所以要使用逻辑地址，我们需要将它们转换为物理地址。操作系统有两种方法可以创建逻辑地址： 分页 - 其中物理存储器（RAM）被分成连续的存储器块（称为帧），而逻辑存储器（另一个世界）也被分成相同的长度块（称为页面）。现在OS保留在称为页表的RAM数据结构中。它是一个关联数组（map），它存在的主要目标是将逻辑级地址转换为物理级地址。分页具有以下效果：由RAM中的进程分配的内存（因此在属于程序的物理内存中的帧中）可能不是以令人难以置信的方式（因此内部可能存在漏洞）。 细分 - 程序分为称为细分的部分。细分大小不固定，因此不同的细分可能具有不同的大小。程序分为几个段，每个段在RAM（物理）内存中都有自己的位置。因此，一个段（称为sementA）和另一个段（称为段B）可能彼此不接近。换句话说，segmentA不必将segmentB作为邻居。 内部碎片 - 当属于进程的内存不是100％使用时。因此，如果进程想要使用2个字节，则操作系统需要分配页面/页面，其总大小需要大于或等于程序请求的内存量。页面的典型大小为4KB。 OS为内存处理的单位是页面。所以它不能少于4KB。因此，如果我们使用2个字节，则会浪费4KB-2B = 4094个字节（内存与我们的进程相关联，因此其他进程无法使用它。只有我们可以使用它，但我们只需要2B）。 外部碎片 - 当分配的内存块是一个接近另一个时，但它们之间有一个小漏洞。它是免费的，所以其他程序，可以使用它，但它是不明智的，因为它非常小。那些很有可能的漏洞将被浪费掉。更多漏洞 - 浪费更多内存。 分页可能会导致内部碎片的影响。分段可能会导致外部碎片的影响。
• 虚拟级别 - 虚拟内存中使用的地址。这是逻辑内存级别的扩展。现在程序甚至不需要在RAM中分配所有已分配的页面来开始执行。它可以通过以下技术实现： 分页分段 - 将分段分成页面的方法。 分段分页 - 较少使用的方法，但也是可能的。 将它们结合起来可以从两种解决方 我读到的关于虚拟内存的优缺点： 优点： 进程有自己的地址空间，这意味着如果我们有两个进程A和B，并且它们都有一个指向地址的指针，例如。 17 processA指针将显示到processB中不同于指针的帧。这导致更大的过程隔离。进程是相互保护的（因此，如果一个进程不是共享内存，则一个进程无法处理另一个进程内存，因为在其映射中不存在这样的映射条目），并且OS更受过程保护。 拥有比物理一阶内存（RAM，由于交换到二级内存）更多的内存。 由于以下原因更好地利用内存： 将未使用的程序部分交换到辅助存储器。 使sharings页面成为可能，也可以“复制写入”。 改进的多程序功能（当不需要的程序部分被交换到辅助存储器时，它们在ram中提供了可用于新程序的可用空间。） 提高了CPU利用率（如果你可以将更多的进程加载到内存中，那么你有更大的可能性，而现在有些程序需要做CPU的东西，而不是IO的东西。在这种情况下你可以更好地利用CPU）。 缺点： 虚拟内存有它的开销，因为我们需要两次访问内存（但是这里可以使用TLB缓冲区实现很多改进） 它使OS部分管理内存更复杂。

所以我们来到了一些我不太了解的部分：

1. 为什么在某些来源中逻辑地址和虚拟地址被描述为同义词？我弄错了吗？
2. 真的是虚拟内存为流程提供保护吗？我的意思是，例如在分段中还检查进程是否不访问其他内存（如果是这样会导致段错误），分页在页表中也有一个保护位，所以保护不是来自简单地扩展抽象逻辑级地址？如果VM（虚拟内存）带来了扩展保护功能，它们是什么以及它们如何工作？换句话说：为每个进程创建单独的地址空间，带来扩展的内存保护。如果是这样，那么无法实现的是没有VM的分页？
3. 分段分页的分页分割有多么不同。我知道这两者之间的区别在于如何构建地址（页码，段号，那些东西......），但我认为制定2种策略是不够的。这个理由就像什么都没有。我读到分段分页的弹性较小，这就是它很少使用的原因。但为什么它弹性较小？原因是，在程序中你只能有几个段而不是很多页面。如果是这样，案例分页确实允许更好的“粒度”。
4. 如果VM为每个进程创建单独的地址空间，是否意味着，没有VM的分页使用来自“一个池”的逻辑地址（那么在这种情况下每个逻辑地址是全局唯一的吗？）。

任何有关该主题的帮助将不胜感激。

编辑：＃1 好。我终于明白，不按需分页也是虚拟内存。我刚发现一些澄清有助于理解这个主题。下面是我为了形象差异所做的图像链接。感谢帮助。

differences between paging, demand paging and swapping

答案

为什么在某些来源中逻辑地址和虚拟地址被描述为同义词？我弄错了吗？

许多来源将逻辑和虚拟内存翻译混为一谈。在这些日子里，逻辑地址转换从未在没有虚拟地址转换的情况下进行，因此处理器文档将它们称为相同。

现在我们有大型内存系统使用逻辑内存转换而没有虚拟内存。

真的是虚拟内存为流程提供保护吗？

它是实现页面保护的逻辑内存转换。

分段分页的分页分割有多么不同。

你真的可以忽略细分。没有合理设计的处理器架构在1970年之后设计使用了细分市场，它们终于消失了。

如果VM为每个进程创建单独的地址空间，这是否意味着，没有VM的分页使用来自“一个池”的逻辑地址

逻辑内存为每个进程创建单独的地址空间。分页是虚拟内存。你不能没有另一个。