操作系统-3.5-内存（基本分段存储管理&&段页式管理）

Posted 2021-09-06 LL.LEBRON

文章目录

• 操作系统-3.5-内存
• • 10.基本分段存储管理
  • • 10.1什么是分段？
    • 10.2什么是段表？
    • 10.3分段存储管理实现地址变换过程
    • 10.4分段，分页管理的对比
    • 10.5总结
  • 11.段页式管理方式
  • • 11.1分页，分段的优缺点
    • 11.2段页式管理
    • 11.3段页式管理的逻辑地址结构
    • 11.4段表，页表
    • 11.5段页式管理实现地址变换过程
    • 11.6总结

操作系统-3.5-内存

10.基本分段存储管理

10.1什么是分段？

• 分段：进程的地址空间按照程序自身的逻辑关系划分为若干个段，每个段都有一个段名（在低级语言中，程序员使用段名来编程），每段从0编址。

• 内存分配规则：以段为单位进行分配，每个段在内存中占据连续空间，但各段之间可以不相邻。

分段系统的逻辑地址结构由段号（段名）和段内地址（段内偏移量）所组成。如：

• 段号的位数决定了每个进程最多可以分几个段。
• 段内地址位数决定了每个段的最大长度是多少。

10.2什么是段表？

程序分多个段，各段离散地装入内存，为了保证程序能正常运行，就必须能从物理内存中找到各个逻辑段的存放位置。为此，需为每个进程建立一张段映射表，简称“段表”。

1. 每个段对应一个段表项，其中记录了该段在内存中的起始位置（又称“基址”）和段的长度。
2. 各个段表项的长度是相同的。

10.3分段存储管理实现地址变换过程

10.4分段，分页管理的对比

• 页：是信息的物理单位。分页的主要目的是为了实现离散分配，提高内存利用率。分页仅仅是系统管理上的需要，完全是系统行为，对用户是不可见的。
  段：是信息的逻辑单位。分段的主要目的是更好地满足用户需求。一个段通常包含着一组属于一个逻辑模块的信息。分段对用户是可见的，用户编程时需要显式地给出段名。
• 页的大小固定且由系统决定。段的长度却不固定，决定于用户编写的程序。
• 分页的用户进程地址空间是一维的，程序员只需给出一个记忆符即可表示一个地址。
  分段的用户进程地址空间是二维的，程序员在标识一个地址时，既要给出段名，也要给出段内地址。

• 分段比分页更容易实现信息的共享和保护。

  不能被修改的代码称为纯代码或可重入代码（不属于临界资源)，这样的代码是可以共享的。可修改的代码是不能共享的(比如，有一个代码段中有很多变量，各进程并发地同时访问可能造成数据不一致)。

分段，分页两者实现信息的共享和保护对比：

访问一个逻辑地址需要几次访存

• 分页（单级页表)∶第一次访存――查内存中的页表，第二次访存――访问目标内存单元。总共两次访存。
• 分段：第一次访存――查内存中的段表，第二次访存――访问目标内存单元。总共两次访存。

与分页系统类似，分段系统中也可以引入快表机构，将近期访问过的段表项放到快表中，这样可以少一次访问，加快地址变换速度。

10.5总结

11.段页式管理方式

11.1分页，分段的优缺点

有了分页管理和分段管理，为什么我们还要引入段页式管理呢？

我们先来看看前两者各自的不足及优点。

	优点	缺点
分页管理	内存空间利用率高，不会产生外部碎片，只会有少量的页内碎片。	不方便按照逻辑模块实现信息的共享和保护。
分段管理	很方便按照逻辑模块实现信息的共享和保护。	如果段长过大，为其分配很大的连续空间会很不方便。另外，段式管理会产生外部碎片。（分段管理中产生的外部碎片也可以用“紧凑”来解决，只是需要付出较大的时间代价）

11.2段页式管理

段页式管理：将进程按逻辑模块分段，再将各段分页（如每个页面4KB)再将内存空间分为大小相同的内存块/页框/页帧/物理块进程前将各页面分别装入各内存块中。

11.3段页式管理的逻辑地址结构

段页式系统的逻辑地址结构由段号，页号，**页内地址（页内偏移量）**组成。如：

• 段号的位数决定了每个进程最多可以分几个段。
• 页号位数决定了每个段最大有多少页。
• 页内偏移量决定了页面大小、内存块大小是多少。

11.4段表，页表

• 每个段对应一个段表项，每个段表项由段号、页表长度、页表存放块号(页表起始地址）组成。每个段表项长度相等，段号是隐含的。
• 每个页面对应一个页表项，每个页表项由页号、页面存放的内存块号组成。每个页表项长度相等，页号是隐含的。

11.5段页式管理实现地址变换过程

11.6总结