# Ch15 Address Translation
在前面提到 Virtual address space 的概念後，本章要講解一個很重要的觀念—**address translation**。它的核心主題是介紹如何在作業系統中虛擬化記憶體（memory virtualization），並且讓應用程式以為自己擁有一整塊連續的記憶體區域，實際上這背後靠的是作業系統和硬體的合作。

## 基本觀念
- 每個程式都是用 virtual address
- 然而實際上資料是存在 Physical Address 中
- 中間的 address translation 是由 MMU 完成的
## MMU（Memory Management Unit）
- 用來進行 memory address translation 的硬體
- 功能：
:::warning
有些功能會在後面的章節介紹
:::
- Address translation
- Bounds Checking
- **防止程式越界**存取
- Protection
- 防止程式存取 OS 或其他程式的 memory
- Paging
- Virtual memory 與 Physical memory 不用連續
- Cache
- 使用 **TLB（Translation Lookaside Buffer）** 提高轉換速度
- Address translation 的方法
- **Base and Bounds**：
- 最簡單的方法
- 將 Virtual memory 與 Physical memory 視為連續
- **Page Table**：
- 把 Physical memory address 分成一個個 page + offset
- 利用**查表**找到 page 位置，再加上 offset
- **TLB**：
- 一個 cache --> 幫助 MMU 更快完成 address translation

## Base and Bounds
最簡單的 memory virtualization 機制
- **Base register**：Virtual memory 對應 Physical address 開始的位置
- **Bounds Register**：Virtual memory **最大大小限制**
- **計算方式**：
- Physical address = virtual address + base
- 如果 virtual address >= bounds --> 觸發錯誤
- **問題**：
- 因為每個程式 address space 必須**連續**，容易浪費空間（Internal Fragmentation）
- 如果 physical memory 有太多**不連續**的空間未使用，會造成 **External Fragmentation**

## Fragmentation 問題
- **Internal Fragmentation**：Address space 內部太多剩餘的空間未被使用，並且無法被其他 process 使用
- **External Fragmentation**：系統中所有空間總和大於 process address space，但因為**不連續**而無法分配