操作系统-3.5-内存（基本分段存储管理&&段页式管理）

ゝ一世哀愁。 2023-10-03 13:33 7阅读 0赞

#### 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 ###

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQ1OTY2NDQw_size_16_color_FFFFFF_t_70]

#### 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**。

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQ1OTY2NDQw_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]

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：

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQ1OTY2NDQw_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]

*  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**。

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQ1OTY2NDQw_size_16_color_FFFFFF_t_70 3]

#### 10.3分段存储管理实现地址变换过程 ####

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQ1OTY2NDQw_size_16_color_FFFFFF_t_70 4]

#### 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。

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQ1OTY2NDQw_size_16_color_FFFFFF_t_70 5]

*  **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)。

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQ1OTY2NDQw_size_16_color_FFFFFF_t_70 6]

> 分段，分页两者实现信息的共享和保护对比：

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQ1OTY2NDQw_size_16_color_FFFFFF_t_70 7]

> 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 ####

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQ1OTY2NDQw_size_16_color_FFFFFF_t_70 8]

### 11.段页式管理方式 ###

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQ1OTY2NDQw_size_16_color_FFFFFF_t_70 9]

#### 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。

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th></th> 
   <th>优点</th> 
   <th>缺点</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>分页管理</td> 
   <td>内存空间利用率高，<strong>不会产生外部碎片</strong>，只会有少量的页内碎片。</td> 
   <td>不方便按照逻辑模块实现信息的共享和保护。</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>分段管理</td> 
   <td>很方便按照逻辑模块实现信息的共享和保护。</td> 
   <td>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<strong>会产生外部碎片</strong>。（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）</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

#### 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。

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQ1OTY2NDQw_size_16_color_FFFFFF_t_70 10]

#### 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：

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQ1OTY2NDQw_size_16_color_FFFFFF_t_70 11]

*  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。

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQ1OTY2NDQw_size_16_color_FFFFFF_t_70 12]

#### 11.5段页式管理实现地址变换过程 ####

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#### 11.6总结 ####

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