中科大操作系统原理与实现课件8_memory3.pdf

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1、.操作系统原理与设计第8章 Main Memory3陈香兰中国科学技术大学计算机学院2009年11月17日.提纲Segmentation(分段)Basic MethodHardwareSegmentation with pagingExample:The Intel Pentium小结和作业.Discrete Memory AllocationIpaging（分页）Iinternal fragmentation one pageIsegmentation（分段）IlogicalIcombined paging segmentation（段页式）.OutlineSegmentation(分段)B

2、asic MethodHardwareSegmentation with pagingExample:The Intel Pentium小结和作业.SegmentationISegmentation:supporting user view of memoryIA program is a collection of segments.A segment is a logical unit such as:main program,procedure,function,method,object,local variables,global variables,common block,sta

3、ck,symbol table,arraysUsers View of a Program.Logical address spaceIA collection of segmentsIeach segment I2-D address spaceIA logical address consists of a two tupleI,orIICompiler automatically constructs segments reflecting theinput program.IPascal compilerIFORTRAN compilerIC compiler,such as gcc,

4、.Logical View of Segmentation.OutlineSegmentation(分段)Basic MethodHardwareSegmentation with pagingExample:The Intel Pentium小结和作业.Segmentation Architecture IISegment table maps 2-D LA 1-D PA;each table entry has:Ibase contains the starting physical address where thesegments reside in memoryIlimit spec

5、ifies the length of the segmentISegment-table base register(STBR)points to thesegment tables location in memoryISegment-table length register(STLR)indicates number ofsegments used by a program;segment number s is legal if s STLR.Segmentation Architecture II.Segmentation Architecture IIIIProtectionIW

6、ith each entry in segment table associate:Ivalidation bit=0 illegal segmentIread/write/execute privilegesIProtection bits associated with segments;code sharing occursat segment levelISince segments vary in length,memory allocation is a dynamicstorage-allocation problemIFirst-fit,Best-fit,.IExternel

7、fragmentation,compaction,.Example of SegmentationI4300+53=4353I3200+852=4052IWhat about?.分页和分段的主要区别I角度和目的不同I分页：面向系统，物理上离散，减少外部和内部碎片，提高内存利用率I页是信息的物理单位I分段：面向用户，逻辑上离散，满足用户的需求I段是信息的逻辑单位，意义相对完整I大小不同I分页：大小固定，由硬件决定I分段：不固定，划分由程序决定，在编译时确定I地址空间的维数不同I分页：1维I分段：2维，段名(号)段内偏移.分段的好处IRelocation，可重定位，方便编程IDynamic,by

8、segment tableISharingIshared segmentsIsame segment numberIProtectionIUse segment table entryIProtection bitIRead-only,execute-only,read/writeIValidation bit,0illegal segmentIProtection&sharing at segment levelI动态增长I动态链接.sharing.OutlineSegmentation(分段)Basic MethodHardwareSegmentation with pagingExamp

9、le:The Intel Pentium小结和作业.Example:The Intel PentiumISupports both pure segmentation segmentation withpagingICPU generates logical address1.Logical address given to segmentation unitIWhich produces linear addresses2.Linear address given to paging unitIWhich generates physical address in main memoryIP

10、aging units form equivalent of MMU.Intel Pentium Segmentation III386体系结构采用分段机制I逻辑地址=段：段内偏移I使用16位段寄存器来指明当前所使用的段I有六个：cs,ss,ds,es,fs和gsCPU规定了3个寄存器的专门的用途Ics代码段寄存器，指向存放程序指令的段Iss堆栈段寄存器，指向存放当前堆栈的段Ids数据段寄存器，指向存放数据的段I自80386，Intel微处理器以两种不同的方式执行地址转换I实模式（20位）I16位段寄存器只记录段基址的高16位，因此段基址必须4位对齐（末4位为0）I物理地址=逻辑地址=段寄存器

11、值*16+段内偏移I保护模式（32位）.Intel Pentium Segmentation III16位段寄存器无法直接记录段的信息，因此需要与全局描述符表GDT配合使用IGDT中记录了每个段的信息（段描述符），段寄存器只需记录段在GDT中的序号I注意：cs寄存器还有一个很重要的功能:它含有一个两位的域，用以指明CPU的当前特权级CPL(current privilege level)，值为0代表最高优先级，值为3代表最低优先级I线性地址=段基地址+段内偏移其中，段基地址是根据段寄存器所指明的GDT中的段描述符中的信息得到的I物理地址：根据页表对线性地址进行转换而得到IGDT和段描述符(se

12、gment descriptor)I每个段由一个段描述符来表示，一个段描述符长度为8字节I全局描述符表GDT(global description table)：存放段描述符IGDT表也存放在RAM中，并使用一个专门的寄存器GDTR来指示GDT表在RAM中的位置（物理起始地址）I局部描述符表LDT（Local Description Table）I根据x86，每个进程可以设置一个LDT.Intel Pentium Segmentation IIIILDT表也存放在RAM中，使用LDTR来指示当前的LDT表I由于段的用途不一样，Intelx86提供下列几种段描述符I数据段描述符（Data Seg

13、ment Descriptor）I可以描述各种用户数据段和堆栈段I代码段描述符（Code Segment Descriptor）I描述一个用户代码段I任务状态段描述符（Task State Segment Descriptor）I描述一个任务的状态段I局部描述符表描述符I描述一个LDT段系统段描述符（System Segment Descriptor）I段描述符主要描述如下内容I段的物理起始地址（base字段，32位）I段长度（limit字段，20位）.Intel Pentium Segmentation IVI段长度的单位（粒度，G标志，1位）0：字节为单位 1：4KB为单位I是否系统段（S

14、标志，1位）0：系统段 1：普通的段I类型字段（Type字段，4位）I例如代码段、数据段、任务状态段、局部描述符段等等I段的特权级描述字段（DPL字段，2位）I00b：只能被CPL=00b的内核代码段访问I.I11b：可以被任意代码段访问I段存在标志（1位）I0：该段当前不在内存中I1：该段当前在内存中I.Intel Pentium Segmentation V.Intel Pentium Segmentation VII段选择子（Segment Selector）I16位段寄存器与GDT或LDT配合起来对相应的段进行寻址I段寄存器中的值称为段选择子，16位I13位的索引，指定GDT表中的相应

15、的段描述符I1位的TI(Table Indicator)(跟LDT表有关，Linux中基本未使用）I2位RPL(request privilege level)当相应的段选择符装入到cs寄存器中时，表明了CPU的当前特权级（用户/内核）.Intel Pentium Segmentation VIII段选择子的使用和段描述符的快速访问.Intel Pentium Segmentation VIII.Pentium Paging Architecture.Linux on Pentium SystemsILinux does not rely on segmentation and uses it

16、 minimally.Ionly 6 segmentsIKERNEL CS,KERNEL DSIUSER CS,USER DSIshared by all processesIall processes use the same logical addressIA Task-state segment(TSS)IA default LDT segment,shared by all processes,usually notused(allow processes to create its own LDT replacing the defaultLDT).Linear Address in LinuxIBroken into four parts:.Three-level Paging in Linux.小结Segmentation(分段)Basic MethodHardwareSegmentation with pagingExample:The Intel Pentium小结和作业.作业I非华夏班：9.1，9.2，9.5，9.8，9.10，9.16I华夏班：8.1，8.3，8.5，8.9，8.12I说明基地址寄存器与可重定位寄存器有什么不同？.谢谢！