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Chapter 9: Main Memory (Background (Dynamic Loading (說明 (Routine要等到被呼叫時才載入…

- - - - 存取main memory需多個cycle -> stall:star:
      - 存取registers僅需1個cycle
  - - - 使用base:star:limit registers:star:來提供保護
      - => 定義出process的logical address
  - - - Compile time
        
        若memory location是先驗的 => 產生 absolute code:star:
        
        若code的起始位置改變，必須重新編譯
      - Load time
        
        若編譯時，memory location未知，則必須產生relocatable code:star:
      - Execution time
        
        若process執行期間可從一個memory segment移到另一個，則run-time才進行binding
        
        需要硬體支持address map(e.g. base and limit registers)
    - - Logical address:star: : 由CPU產生，也稱為virtual address:star:
      - Physical address:star: : 記憶體單元所看到的位址
      - 兩者在
        
        compile-time and load-time address-binding scheme中相同
        
        execution-time address-binding scheme中不同
      - Memory-Management Unit (MMU):star::star::star: 在run-time時虛擬位址對應到實體位址的硬體設備
      - Logical/Physical address space:star: : 由程式所產生的虛擬/實體位址的集合
  - - - relocation register:star: 也就是base register
      - user program只看的到邏輯位址，看不到實體位址
  - - - Routine要等到被呼叫時才載入
      - 必須整個程式都在memory中才可執行
    - - 更好的記憶體空間利用(沒用到的routine就不須載入)
      - 需要使用大量code來處理很少發生的特殊狀況時，特別有用
    - - 不須OS特別支援，主要由程式設計來實作
      - OS可透過提供librries來進行協助實作
  - - - Static linking :star: : 由loader將library與程式碼包成binary program image
      - Dynamic linking:star: : 將linking延遲到execution time才做
    - - stub:star:
        
        一小段程式碼，用來locate恰當的 memory-resident library routine
        
        stub會把自己換成routine的位址，並執行routine
    - - OS檢查routine是否在processes’ memory address中;若無，加到位址空間中
      - 系統又被稱為shared libraries:star:
      - 考慮用於修補系統的通用性，可能需要版本控制
- - - - held in low memory : 常駐於OS，持有少量記憶體來存放interrupt vector
      - held in high memory : 每個prcoess都持有一個連續的記憶體區塊
    - - Relocation registers可用來保護user process、防止修改系統內容
      - Base register:star: : 存放最小可存取的實體位址
      - Limit register:star: : 存放可存取的範圍
  - - - 定義
        
        process進來時，會從一個夠大的洞中分配記憶體給它
        
        multiprogramming的degree會受partitions的數量所限
      - 說明
        
        Variable-partition:star:size可提升efficiency (根據process需求作調整)
        
        hole:star: : 可用的記憶體區塊，整個memory中有數個大大小小的holes
        
        process離開時，鄰近的區塊會組合起來
  - - - First-fit::star: : 找到第一個可以的洞，就配置給它
      - Best-fit:star: : 合適&&最小
      - Worst-fit:star: : 合適&&最大
  - - - External Fragmentation:star: : 全部加起來夠，但沒一塊完整的
      - Internal Fragmentation:star: : 分配出去的可能大於它所要求的(要五毛給一塊)
    - - 說明 : 透過搬動process，以降低外部碎裂
      - 做法
        
        把所有free memory放到一個大block
        
        Compaction要在relocate是動態時才可行，且在execution time被完成
- - - - Pysical addresses空間為不連續
    - - 防止外部碎裂
      - 防止產生不同大小的memory chunks
    - - 把physical memory切成固定大小的blocks => 稱為frames:star:
      - 把logical memory切成同樣大小的block => 稱為pages:star:
      - 設置page table:star:把邏輯位址轉成實體位址
      - Backing store也是切成pages，仍有內部碎裂
  - - - Page Table被存放在main memory
      - Page-table base register (PTBR):star:指向page table
      - Page-table length register (PTLR):star:存放page table的大小
    - - 使用translation look-aside buffers (TLBs):star::star::star:(考試寫這個)
      - 又稱為associative memory:star:
  - - - (1)ASIDs:star:
        
        有些TLBS會在每個TLB entry都記下*address-space identifiers (ASIDs)
        
        => 用來辨認每個process已提供位址空間的保護
        
        若TLB不支援單獨的ASIDs，則每次選擇新的page table，TLB都必須flushe以確保下一個執行的process不會使用到錯誤的轉換資訊
      - (2)若TLB miss
        
        則把值載入到TLB中，下次可快速存取
        
        Some entries can be wired down:star: for permanent fast access
      - (3)TLB Hardware
        
        為Associative memory – parallel search
        
        可將位址轉換為(p, d)
  - - - Valid : 代表page有在process的邏輯位址空間中 => 合法的page
      - Invalid : 代表不在process的邏輯位址空間中
      - 或是使用page-table length register (PTLR):star:
  - - - 一份由各個processes間共享的read-only (reentrant:star:) code copy (i.e., text editors, compilers, window systems)
- - - - Known as forward-mapped page table:star:
  - - - (1)virtual page number
      - (2)the value of the mapped page frame
      - (3)a pointer to the next element
    - - 定義 : Hashed Page Tables的64位元位址版本
      - 說明
        
        跟Hashed很相似，但它是一個entry可以對到多個pages (e.g. 16個，而非1個)
        
        對於sparse:star:(記憶體參考是非連續且散落的)的位址空間特別好用
- - - - swapped:star: : process可暫時性地被踢出記憶體，踢到backing store中，要繼續執行時才搬回去
      - Backing store:star: : 夠大的fast disk，足以容納所有的memory中的copy
      - Roll out, roll in:star: 優先權高的process被載入，優先權低的被swapped out
    - - transfer time大部分都是swap time。總transfer time與memory swapped的次數成正比
      - 系統maintain一個ready queue:star:存放有memory image硬碟且準備運行的process
      - swapped通常是disable的，除非記憶體分配超過閾值才啟動，低於閾值就再度停用
    - - swapped out出來的process回去時，是否有需要放回相同的實體位址?
      - 要看address binding的方式、I/O的進出
  - - - pending I/O無法像I/O一樣直接swap out，會導致wrong process
      - 把I/O傳到kernel，再到I/O設備 => 稱為double buffering，會增加成本