分段存储管理方式

目录

一、分段存储管理方式的引入的需求:

1.方便编程

2.信息共享

3.信息保护

4.动态增长

5.动态链接

二、分段系统的基本原理

1.分段

2.段表

3.地址变换机构

4.分页与分段的主要区别

三、信息共享

四、段页式存储管理方式

1.基本原理

2.地址变换过程

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分段与分页最大的区别:

离散分配时所分配地址空间的基本单位不同。

一、分段存储管理方式的引入的需求:

1.方便编程

通常，用户把自己的作业按照逻辑关系划分为若干个段，每个段都从0开始编址，并有自己的名字和长度。因此，程序员们都迫切地需要访问的逻辑地址是由段名（段号）和段内偏移量（段内地址）决定的，这不仅可以方便程序员编程，也可使程序非常直观，更具可读性。

2.信息共享

在实现对程序和数据的共享时，是以信息的逻辑单位为基础的。所以，段可以是信息的逻辑单位。

3.信息保护

信息保护同样是以信息的逻辑单位为基础的，而且经常是以一个过程、函数或文件为基本单位进行保护的。

4.动态增长

在实际应用中，往往存在着一些段，尤其是数据段，在它们的使用过程中，由于数据量的不断增加，而使数据段动态增长，相应地它所需要的存储空间也会动态增加。

5.动态链接

为了提高内存的利用率，系统只将真正要运行的目标程序装入内存，也就是说，动态链接在作业运行之前，并不是把所有的目标程序段都链接起来。当程序要运行时，首先将主程序和它立即需要用到的目标程序装入内存，即启动运行。而在程序运行过程中，当需要调用某个目标程序时，才将该段（目标程序）调入内存并进行链接。可见，动态链接要求的是以目标程序（即段）作为链接的基本单位。因此，分段存储管理方式非常适合于动态链接。

二、分段系统的基本原理

1.分段

在分段存储管理方式中，作业的地址空间被划分为若干个段，每个段定义了一组逻辑信息。

逻辑地址是由段号(段名)和段内地址所组成。

分段地址中的地址结构:

2.段表

在前面所介绍的动态分区分配方式中，系统为整个进程分配一个连续的内存空间。而在分段式存储管理系统中，则是为每个分段分配一个连续的分区。进程中的各个段，可以离散地装入内存中不同的分区中。为保证程序能正常运行，就必须能从物理内存中找出每个逻辑段所对应的位置。为此，在系统中，类似于分页系统，需为每个进程建一张段映射表，简称“段表”。每个段在表中占有一个表项，其中记录了该段在内存中的起始地址（又称为“基址”）和段的长度，如图所示。段表可以存放在一组寄存器中，以利于提高地址转换速度。但更常见的方法是将段表放在内存中。在配置了段表后，执行中的进程可通过查找段表，找到每个段所对应的内存区。可见，段表是用于实现从逻辑段到物理内存区的映射的。

 

 eg：

若段表存放起始位置为M，则k号段对应段表项存放地址为M+k*段长

3.地址变换机构

为了实现进程从逻辑地址到物理地址的变换功能，在系统中设置了段表寄存器，用于存放段表始址和段表长度 TL 。在进行地址变换时，系统将逻辑地址中的段号与段表长度 TL 进行比较。若 S > TL ，表示段号太大，是访问越界，于是产生越界中断信号。若未越界，则根据段表的始址和该段的段号，计算出该段对应段表项的位置，从中读出该段在内存的起始地址。然后，再检查段内地址 d 是否超过该段的段长 SL 。若超过，即 d>SL ，同样发出越界中断信号。若未越界，则将该段的基址 d 与段内地址(位移量W)相加，即可得到要访问的内存物理地址。

当段表放在内存中时，每要访问一个数据，都必须访问两次内存。

4.分页与分段的主要区别

(1）页是信息的物理单位。采用分页存储管理方式是为实现离散分配方式，以消减内存的外零头，提高内存的利用率。或者说，分页仅仅只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。分段存储管理方式中的段则是信息的逻辑单位，它通常包括的是一组意义相对完整的信息。分段的目的主要在于能更好地满足用户的需要。
(2）页的大小固定且由系统决定。在采用分页存储管理方式的系统中，在硬件结构上，就把用户程序的逻辑地址划分为页号和页内地址两部分，也就是说是直接由硬件实现的，因而在每个系统中只能有一种大小的页面。而段的长度却不固定，决定于用户所编写的程序，通常由编译程序在对源程序进行编译时，根据信息的性质来划分。
(3）分页的用户程序地址空间是一维的。分页完全是系统的行为，故在分页系统中，用户程序的地址是属于单一的线性地址空间，程序员只需利用一个记忆符即可表示一个地址。而分段是用户的行为，故在分段系统中，用户程序的地址空间是二维的，程序员在标识一个地址时，既需给出段名，又需给出段内地址。

三、信息共享

分段系统的一个突出优点，是易于实现段的共享，即允许若干个进程共享一个或多个分段，且对段的保护也十分简单易行

1.分页系统中对程序和数据的共享

2.分段系统中对程序和数据的共享

在分段系统中，由于以段为基本单位，不管该段有多大，我们都只需为该段设置一个段表项。

四、段页式存储管理方式

分页系统以页面作为内存分配的基本单位，能有效地提高内存利用率，而分段系统以段作为内存分配的基本单位，它能够更好地满足用户多方面的需要。

1.基本原理

段页式系统的基本原理是分段和分页原理的结合，即先将用户程序分成若干段，再把每个段分成若干个页，并为每个段赋予一个段名。

在段页式系统中，其地址由段号、段内页号及页内地址(页内偏移量)三部分组成。

2.地址变换过程

在段页式系统中，为了便于实现地址变换，须配置一个段表寄存器，其中存放段表始址和段长 TL 。

在段页式系统中，为了获得一条指令或者数据，须三次访问内存

• 第一次访问是访问内存中的段表，从中取得页表始址；
• 第二次访问是访问内存中的页表，从中取出该页所在的物理块号，并将该块号与页内地址一起形成指令或数据的物理地址；
• 第三次访问才是真正从第二次访问所得的地址中取出指令或数据。