基本分段存储管理方式

什么是分段(类似分页管理中的“分页”)

就如汇编中的段

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(如汇编)中,程序员使用段来编程),每段从0开始编址

内存分配规则:以段为单位进行分配,每个段在内存中占连续的存储空间,但各段之间可以不相邻

  • 由于是按照逻辑功能模块划分,用户编程更方便,程序的可读性更高
  • 编译程序会将段名转换为段号
  • 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

什么是段表(类似分页管理中的“页表”)

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,简称为“段表”。

  • 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
  • 各个段表项的长度是相同的。(段号可以是隐藏的,不占存储空间

如何实现地址变换

分段和分页最大的差别:分段的段长是可变的,而分页的页长是固定的,因此,分段需要对逻辑地址中的段内地址进行检查,看是否超过了该段所在段表项中的段长;而分页就不需要检查。

  1. 由逻辑地址得到段号、段内地址
  2. 段号与段表寄存器中的段长度比较,检查是否越界
  3. 由段表始址、段号找到对应段表项
  4. 根据段表中记录的段长,检查段内地址是否越界
  5. 由段表中的”基址+段内地址“得到最终的物理地址
  6. 访问内存中的目标单元

分段、分页管理的对比

  • 信息的物理单位。分页的主要目的是为了实现离散分配,提高内存的利用率。分页仅仅是系统管理上的需要,完全是系统的行为,对用户是不可见的
  • 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。
  • 页的大小是固定的且由系统决定。段的长度不固定,取决于用户编写的程序。
  • 分页的用户进程地址空间是一维的,程序员只需要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,又要给出段内地址。
  • 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。可修改的代码时不能共享的(比如这个段中有很多变量,各进程并发地同时访问可能造成数据不一致)。
  • 访问一个逻辑地址需要几次访存?
  • 分页(单级页表,不考虑快表TLB): 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
  • 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。
  • 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,这样可以少一次访存,加快地址变换速度。
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Source: github.com/k4yt3x/flowerhd
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