【操作系统】基本分段与段页式存储管理方式

发布网友 发布时间：2024-09-26 15:20

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热心网友 时间：1天前

Hello，大家好，又到了一周一度的操作系统大讲堂，今天接着上回的非连续分配方式进行讲解，上周讲了分页管理方式，这种方式是为了提高内存的利用率，提升计算机的性能。是为了用户考虑。而今天带来的分段管理方式不仅考虑了用户也考虑了程序员，可以满足方便编程，信息保护和共享，动态增长及动态链接等多方的需要。

基本分段存储管理方式

分段管理方式按照用户进程中的自然段划分逻辑空间。假设说，用户进程由主程序，两个子程序，栈和一段数据组成，那么我门可以把这个用户进程划分为5段，每段从0开始编址，并分配一段连续的地址空间，（每个段内都要求连续，段间不要求连续）。此时逻辑地址的组成就变成段号S+段内偏移量W组成。如下图所示：

其中段号为16位，段内偏移量为16位，因此最多有2^16=65536段，最大段长位64kb。

其中，段号，和段内偏移量是需要用户提供的，如果大家学过汇编的话，会发现，汇编语言的编写中，也分了许多的段。这两者其实是类似的。所以说，我们的程序一般会通过汇编变成机器语言原因是，就是汇编程序会对我们所写的程序进行分段，然后送入到内存中。

如果要使用分段管理方式，就得知道逻辑空间与内存空间映射的段表，每个段表项对应进程的某一段，并且记录该段在内存中的始址，和长度。段表的内容如下图：

当有段表的时候，我们的进程可以通过查找段表，找到每段所对应的内存区，从而实现逻辑段到物理段的映射。如下图所示：

当有了上述的数据结构，我们可以自然的实现从逻辑地址到物理地址的变换功能，操作系统设置了段表寄存器，用于放置段表始址F和段表长度M，从逻辑地址A到物理地址E之间的地址变换过程如下：

1）从逻辑地址A中选取前几位为段号S，后几位为段内偏移量W。

2）比较段号S和段表长度M，若S>=M，则产生越界中断，否则继续执行。

3）段表中段号S对应的段表项地址=段表始址F+段号S*段表项长度，取出该段表项的前几位得到段长C。若段内偏移量>=C，则产生越界中断，否则继续执行。

4）取出段表项中该段的始址b，计算E=b+W，用得到的物理地址E去访问内存。

相比于分页的方式，分段方式可以实现段的共享，即可以通过两个作业的段表中相应的表项来指向被共享的段的同一个物理副本来实现的。

段页式管理方式

对于页式存储管理可以有效的提高内存利用率，而分段存储管理能反映程序的逻辑结构并有利于段的共享。将这两种存储管理方法结合起来，可以兼顾两种方式的优点。

在段页式管理中，作业的地址空间首先被分若干逻辑段，每个段都有自己的段号，然后将每个段分为若干大小固定的页，对内存空间的管理依然和分页存储管理一样，将其分为若干和页面大小相同的存储块，对内存的分配以存储块为单位。

在段页式系统中，逻辑地址分为了段号，页号和页内偏移量三个部分：

为了实现地址变换，系统为每个进程建立一张段表，每个分段有一张页表，段表表项中至少包括段号，页表长度和页表始址，页表表项中至少包括页号和块号。操作系统也设置了段表寄存器，指出作业的段表始址和段表长度。

在进行地址变换的时候，首先通过段表查到页表始址，然后通过页表找到页号，最后形成物理地址。具体如下图：

以上就是非连续分配方式的全部内容，下面用一张思维导图进行总结：

采用段式存储管理时，一个程序如何分段是在（）时决定的。

A. 分配主存

B. 用户编程

C. 装作业

D. 程序执行

解析：分段需要在用户编程的时候，将程序按照逻辑划分为几个逻辑段，比如说数据段，主程序，子程序。现代编程划分主程序，子程序的原因就是为了方便分段。故选B。