【计算机操作系统】操作系统--分段存储管理方式

分段存储管理方式的引入

分段存储管理方式的引入是为了满足用户的要求。

1. 方便编程：通常1个作业是由多个程序段和数据段组成的，1般情况下，用户希望按逻辑关系对作业分段，并能根据名字来访问程序段和数据段。

2. 信息同享：

   • 同享是以信息的逻辑单位为基础的。页是存储信息的物理单位，段却是信息的逻辑单位。
   • 页式管理中地址空间是1维的，主程序，子程序都顺序排列，同享公用子程序比较困难，1个同享进程可能需要几10个页面。
     

3. 信息保护：

   • 页式管理中，1个页面中可能装有 2 个不同的子程序段的指令代码，不能通过页面同享实现同享1个逻辑上完全的子程序或数据块。
   • 段式管理中，可以以信息的逻辑单位进行保护。
4. 动态增长：实际利用中，某些段（数据段）会不断增长，前面的存储管理方法均难以实现。
5. 动态链接：动态链接在程序运行时才把主程序和要用到的目标程序（程序段）链接起来。

分段系统的空间划分

将用户作业的逻辑地址空间划分成若干个大小不等的段（由用户根据逻辑信息的相对完全来划分） 。各段有段名（经常使用段号代替） ，首地址为 0。

利用段表实现地址映照

段表

段表记录了段与内存位置的对应关系。
段表保存在内存中。
段表的基址及长度由段表寄存器给出。

访问1个字节的数据/指令需访问内存两次 (段表1次，内存1次)。
逻辑地址由段和段内地址组成。

在为作业分配内存时以段为单位，分配1段连续的物理地址空间，段间没必要连续。
分页管理中，作业地址空间是1维的，逻辑地址是的线性地址。
分段管理中，全部作业的地址空间由因而分成多个段，因此是2维的，其逻辑地址由段号和段内地址所组成。

地址变换机构

系统将逻辑地址中的段号 S 与段表长度 TL 进行比较。

• 若 S>TL，表示段号太大，是访问越界，因而产生越界中断信号。
• 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始址。

再检查段内地址 d，是不是超过该段的段长 SL。

• 若超过，即 d >SL，一样发出越界中断信号。
• 若未越界，则将该段的基址与段内地址 d 相加，便可得到要访问的内存物理地址。

信息同享

分段系统的1个突出优点，是易于实现段的同享，对段的保护也10分简单。

例：1个多用户系统，可同时接纳 40 个用户，都履行1个文本编辑程序 (Text Editor)。如果文本编辑程序有 160KB 的代码和另外 40 KB 的数据区，如果不同享，则总共需有 8 MB 的内存空间来支持 40 个用户。

可重入代码(Reentrant Code) 又称为“纯代码”(PureCode)，是1种允许多个进程同时访问的代码。为使各个进程所履行的代码完全相同，绝对不允许可重入代码在履行中有任何改变。因此，可重入代码是1种不允许任何进程对它进行修改的代码。

如果 160 KB 的代码是可重入的，则不管是在分页系统还是在分段系统中，该代码都能被同享。
在内存中只需保存1份文本编辑程序的副本，此时所需的内存空间仅为 1760 KB(40×40+160)，而不是(160+40)×40= 8000 KB 。

分页系统的同享

分段系统的同享

在分段系统中，实现同享容易很多，只需在每一个进程的段表中为文本编辑程序设置1个段表项。

分页与分段的主要区分

• 页是信息的物理单位，分页仅仅是由于系统管理的需要，对用户透明的。段是信息的逻辑单位，分段的目的是为了能更好的满足用户的需要。
• 页的大小固定且由系统肯定，把逻辑地址划分为页号和页内地址两部份。段的长度却不固定，决定于用户所编写的程序。
• 分页的作业地址空间是1维的，分段的作业地址空间是2维的。
• 页和段都有存储保护机制。但存取权限不同：段有读、写和履行3种权限；而页只有读和写两种权限。

2者优点的结合：段页式存储管理

段页式存储管理的基本原理

• 段页式存储管理是分段和分页原理的结合，即先将用户程序分成若干个段（段式） ，并为每个段赋1个段名，再把每一个段分成若干个页（页式） 。
• 其地址结构由段号、段内页号、及页内位移3部份所组成。

• 系统中设段表和页表，均寄存于内存中。读1字节的指令或数据须访问内存3次。为提高履行速度可增设高速缓冲寄存器。
• 每一个进程1张段表，每一个段1张页表。
• 段表含段号、页表始址和页表长度。页表含页号和块号。

利用段表和页表实现地址映照

段页式存储管理的地址变换

• 从 PCB 中取出段表始址和段表长度，装入段表寄存器。
• 将段号与段表长度进行比较，若段号大于或等于段表长度，产生越界中断。
• 利用段表始址与段号得到该段表项在段表中的位置。取出该段的页表始址和页表长度。
• 将页号与页表长度进行比较，若页号大于或等于页表长度，产生越界中断。
• 利用页表始址与页号得到该页表项在页表中的位置。
• 取出该页的物理块号，与页内地址拼接得到实际的物理地址。

转载自：杨森源

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