分段管理及段页管理

一、 分段

????????程序的逻辑关系被划分为不同的段，每个段有一个段名，并且每个段都从0开始编址。这些段在内存中分配，每个段占据连续的内存空间，但不同段之间可以不相邻。

这种分段管理有一些特点和优势：

1. 逻辑划分： 每个段都有一个明确定义的逻辑关系，这有助于程序员理解和维护代码。

2. 段名标识： 段名用于在低级语言中编程，使程序员能够直接引用特定的段。

3. 内存分配灵活： 段在内存中占据连续空间，但不同段之间可以不相邻，这提供了更大的灵活性，允许进程的地址空间可以不需要完全连续。

4. 模块化： 通过将程序划分为逻辑上相关的段，可以实现更好的模块化和代码组织。

5. 代码复用： 不同的段可以独立地进行编译和链接，有助于代码的重用和维护。

????????在这种管理方式下，操作系统负责将程序的不同段加载到内存中，并维护它们之间的关系。这种分段管理的一个缺点是可能会产生外部碎片，因为不同段可以在内存中不相邻，导致一些零散的未被使用的内存空间。为了解决这个问题，一些系统引入了分页管理，将内存进一步划分为页面，以更好地利用内存空间。

????????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

1. 分段：

   • 特点：将信息分割成较小的单元，每个单元都包含一定量的信息。
   • 信息共享：容易实现信息的局部共享，只需分享特定段落或单元。
   • 信息保护：可以更灵活地控制对不同段落或单元的访问权限，实现细粒度的权限管理。
   • 实现难度：相对较容易实现，不需要考虑整体结构的完整性。

2. 分页：

   • 特点：将信息分割成页面，每个页面包含多个段落或单元。
   • 信息共享：整页分享，不如分段灵活，需要分享更多信息。
   • 信息保护：权限控制相对整页更为复杂，可能需要更高级的权限管理系统。
   • 实现难度：在某些情况下可能比较容易实现，但可能需要更多的系统资源

?分页（单级页表）：第一次访存一一查内存中的页表，第二次访存一一访问目标内存单元。总共两次访存分段：第一次访存一一查内存中的段表，第二次访存一一访问目标内存单元。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。

二、段页式管理

1. 段页管理（Segmentation with Paging）：

   • 结合方式：将程序的地址空间首先划分为若干段，每个段内再使用分页技术。
   • 优点：克服了分段和分页各自的缺点，提供了更灵活和高效的内存管理。
   • 实现：使用段表来映射段的基址和长度，每个段内使用页表来映射页的逻辑地址到物理地址。
   • 灵活性：可以在段内采用不同大小的页，提高对不同类型数据的适应性。

2. 工作流程：

   • 当程序引用一个地址时，先通过段表找到对应的段。
   • 接着，通过页表找到该地址在段内的具体位置。
   • 最后，得到物理地址，可以访问实际的数据。

段页管理结合了分段和分页的优点，提供了更灵活和高效的内存管理方式。这种方式在现代操作系统中广泛应用，允许了更好的内存利用率、虚拟内存支持以及动态增长的特性。

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