5 存储管理

5.6 分段存储管理

1．基本思想
从固定分区到可变分区，进而又发展到分页系统的原因，主要都是为了提高内存利用率，然而，分段存储管理方式的引入，则主要是为了满足以下的一系列要求。

（1） 地址结构

分段系统，作业的地址空间（二维）由若干逻辑分段组成，每个段是一组逻辑意义完整的信息集合。每段都有自己的名字，且每段都是首地址为 0 的连续的一维地址空间。所以，整个作业空间是二维的，具有如下地址结构。 一个作业最多可以有 2⁸个段，每段最长为 2¹⁶

（2） 段表

分段式存储管理以段为单位进行内存分配，每段分配一个连续的内存区，各段之间的内存不一定连续，且各个内存区也不等长。内存的分配和释放随需要动态进行。在将一个进程的各个段离散地放入内存和不同的物理区中后，为能使程序正确运行，即能从物理内存中找出每个逻辑段对应的位置，需要在系统中为每个进程建立一张段映射表，简称“段表”(SMT: segment mapping table)。每个段在段表中占有一个表项，其中记录了该段在内存中的起始地址、段的长度。段表可实现从逻辑段到物理内存的映射。

SMT： [段号][装入标志位][段长][内存始址]

（3） 地址变换机构

为了实现从进程的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，用于存放段表的始址和段表的长度。在进行地址变换时，系统将段号与段表长度进行比较，若段号太大表示访问越界，便产生越界中断信号；若未越界，则根据段表始址和该段的段号，计算出该段对应的段表项的位置，从而读出该段在内存中的起始地址，然后再检查段内地址是否超过该段的段长，若超过，同样发出越界中断信号；若未越界，则将该段内存起始地址与段内地址相加，得到要访问的内存物理地址。

与页式管理相同，段式管理时的地址变换过程必须经过二次以上的内存访问。即首先访问段表以计算得到访问指令或数据的物理地址，然后才是对物理地址进行取数据或数据操作。为了提高访问速度，也可引入快表。

（4） 存储共享

只需在每个进程的段表中，由相应表项来指向该共享段在内存中的物理区即可。如下图：

（5） 分页和分段的主要区别

分页	分段
页是信息的物理单位，分页仅仅是由于系统管理的需要，而不是用户的需要	段是信息的逻辑单位，它含有一组具有相对完整意义的信息，是处于用户的需要。
页的大小固定且由系统确定，把逻辑地址分为页号和页内地址两部分功能，由机器硬件实现	段的长度却不固定，由用户在变成是确定，或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。
分页的作业地址空间是一维的，即单一的线性地址空间	分段的作业地址空间则是二维的。

5.7 段页式存储管理

5.7.1 段页式存储管理原理

分页系统能有效地提高内存利用率，而分段系统则能很好地满足用户需要，如果对两种存储管理方式“各取所长”，可结合成一种新的存储管理方式，它具有分段系统的优点，又能象分页系统那样很好地解决“碎片”问题。这个系统别称为“段页式系统”。
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。先分段后分页，每段具有段名。例如：该作业由三段，页面大小为 4K

2．地址结构
段页式系统中，其地址结构由段名、段内页号和页内地址三部分组成。
3．为实现地址映射，必须配置段表和页表，段表的内容略有变化，它不是内存始址和段长，而是页表始地址和页表长度。

5.7.2 地址转换

在段页式系统中，需配置 1 段表寄存器， 其中存放段表始址和段表长度，进行地址变换时，首先利用段号 S，将之与段表长度进行比较,若未越界，便利用段表始址和段号求得该段表项的位置，并从中找到页表始址，并利用逻辑地址中的页号 P 获得对应页表项的位置，从而取出该页的物理块号 b，由块号b 和页内地址构成物理地址。

在段页式系统中，为了获得一条指令或数据，需要三次访问内存。第一次，时从内存中取得页表始址；第二次，从内存中取的物理块号形成物理地址；第三次才能取得所需的指令和数据。为了提高速度，必须引入超高速缓冲 Cache.