第十七天 Memory Management(記憶體管理)--上

今天我們來介紹Memory Management，先來說說需要知道的背景！

Program要執行的話，就必須要從硬碟中取出，帶到記憶體內才可以執行。
CPU能夠直接存取register跟memory的內容。Memory unit只能看到位置(address)跟要做什麼事的需求(read or data and write request)。Register或指令的運作通常都在CPU clock(或是更少)內完成。Main memory可能會花費數個CPU時間週期，造成stall(memory < register speed)，這時就需要cache的出現，他的速度介於兩者之間。

Base and limit register，使用這兩個暫存器來定義logical address space，分別紀錄process起始記憶體位置(base register)跟process所佔記憶體位置大小(limit register)，以下有參考圖：

接著來說address binding(地址的連結)：
程式在disk上需要來到memory才能執行，這時就會形成input queue。這些通常都會被load到記憶體的起始位置0000，但實際上不一定要用這個記憶體位置，或是已經有被使用了。簡單來說，位置在不同的地方有不同的表現方式：

• 一開始時，地址都只是一個象徵而已 -> 0000
• 編譯後(compile)，地址會連接到relocatable address -> 0010
• 最後經由linker或是loader，relocatable address會連接到absolute address(絕對地址) -> 7010

而與記憶體位置的連結可以在三個時間點：

1. Compile time(編譯時間)：由compiler決定
   如果記憶體位置已經知道，就可以生成absolute address，但起始位置改變的話，就要重新生成。
2. Load time(載入時間)：由linking loader或linking editor決定
   編譯時無法確認，則生成relocatable address。(不一定由固定位置執行)
3. Execution time(執行時間)：由OS動態決定
   如果記憶體區段要執行時被移動，連結才會延到這時。(這需要硬體上的支援、彈性高，但執行慢效率差)

而address分為兩種：

• Logical address：CPU所產生的位置，又叫做virtual address
• Physical address：記憶體看到的位置(經過memory unit處理過)

那memory unit是什麼呢？他的全名其實叫Memory-Management Unit(MMU)，一種可將虛擬位置轉換成實體位置的硬體設備。Base register在這就被稱為relocation register，以下有參考圖：

當有很多程式要執行時，會用dynamic linking的方式處理，他會運用stub存放要用到的memory-resident library routine，當後來要執行時，會把stub換成address of routine，也就是說只有被叫到的模組才會進到memory。

剩下的明天繼續～～