为什么使用非连续内存分配
考虑多道程序设计连续内存分配两种管理方式
- 固定分配，缺乏灵活性，大量内部内存分片产生，内存利用率低
- 动态分配，大量外部内存分片产生，可通过”紧凑”技术解决，但是紧凑效率低
基于这一思想，产生了”非连续分配方式”
非连续内存管理方式分为下图几种
分页存储
分页存储思想
假设进程A大小为23MB，但是每个分区大小只有10MB，如果进程只能占用一个分区，那显然放不下。
解决思路：如果允许进程占用多个分区，那么可以把进程拆分成10MB+10MB+3MB三个部分，再把这三个部分分别放到三个分区中（这些分区不要求连续）
进程A的最后一个部分是3MB，放入分区后会产生 7MB 的内部碎片。
如果每个分区大小为 2MB，那么进程A可以拆分成 11* 2MB + 1MB 共12个部分，只有最后一部分 1MB占不满分区，会产生 1MB 的内部碎片。
显然，如果把分区大小设置的更小一些，内部碎片会更小，内存利用率会更高。
分页存储管理的重要概念
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O开 始 将用户进程的地址空问也分为与页框大人相等的一个个区城， 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）
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。
地址转化
操作系统如何实现逻辑地址到物理地址的转化
假设每页大小50b
逻辑地址为80的内存单元： 应该在1号页，该页在内存中的起始位置为450，逻辑地址为80的内存单元相对于该页的起始地址而言， “偏移量”应该是30。 实际物理地址450+30=480
- 要算出逻辑地址对应的页号
- 要知道该页号对应页面在内存中的起始地址
- 要算出逻辑地址在医面内的“偏移 量”
- 物理地址=页面始址＋页内偏移量
偏移量和页号计算
页号：80 / 50 = 1
偏移量：80 % 50 = 30
1号页在内存的起始位置为450
为了方便计算页号，偏移量和页面大小一般为2的幂次方
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+1000000000001
如何计算： 页号=逻辑地址/ 页面长度（取除法的整数部分）
为了方便计算 页而大小一般 页内偏移量=逻辑地址 % 页面长度（取除法的余数部分）
假设用32个二进制位表示逻辑地址，页面大小为 210B=1024B= 1KB
0号页的逻辑地址空间应该是 0~1023，用二进制表示应该是： 00000000000000000000000000000000 ~ 00000000000000000000001111111111
1号页的逻辑地址空间应该是 1024~2047，用二进制表示恩该是： 00000000000000000000010000000000 ~ 00000000000000000000011111111111
2号页的逻辑地址空间应该是 2048~3021，用二进制表示应该是： 00000000000000000000100000000000 ~ 00000000000000000000101111111111
结论：如果每个页面大小为 2^B，用二进制数表示逻辑地址，则末尾K位即为页内便宜量，其余部分就是页号，因此，如果让每个页面的大小为2的整数幂，计算机就可以很方便地得出一个逻辑地址和页内偏移量。
为什么是2的幂次方？
例如计算1026和2055的页号和页面偏移量
1026的32位二进制表示为00000000000000000000010000000010
如果每个页面大小为2^10,末尾10位为0000000010,可得出页面偏移量为2，其余部分为0000000000000000000001,可得出在1号页
2055的32位二进制表示为00000000000000000000100000000111
如果每个页面大小为2^10,末尾10位为0000000111,可得出页面偏移量为7，其余部分为0000000000000000000010,可得出在2号页
如何知道页面在内存的起始位置
这里引入一个新概念页表
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。
- 一个进程对应一张页表
- 进程每一页对应一个页表项
- 每个页表由页号和块号组成
- 页表记录进程页面和世纪存放的内存块对应关系
- 每个页表项的长度是相同的，页号是隐含的
参考文献:王道计算机考研-操作系统