内存管理的必要性
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很早之前计算机只能运行单个进程，就算运行批处理程序，也是棑好对，一个一个的进行处理，不存在多个进程并发运行，这时候内核对于内存管理相对比较简单，直接把物理内存地址拿过来是使用即可。
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随着计算机演进，支持多进程的OS,多个进程都都使用同一个物理地址空间，很容易多个进程之间相互干扰而引起进程的不可预期的行为。为了解决这个问题，CPU中的MMU(内存管理单元)引入了虚拟地址空间。以32位操作系统经为例，每个进程都可以拥有4G的寻址空间，当进程需要内存时候，通过转换技术和虚拟地址进行关联。MMU通过分页的机制，提供进程的虚拟地址到物理地址的映射方法。段页机制是MMU机制提供，Linux内核是使用者。
MMU的内存管理机制
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在x86体系结构下CPU对内存寻址都是通过分段和分页方式进行，在保护模式下，一个段的可以理解为
基地址+段的界线+类型。进程的虚拟地址就是在段中的偏移量;线性地址就是在某个段中基地址+偏移地址得出的地址;在x86中MMU提供了分页机制,如果未开启，那么线性地址就是物理地址;反之需要经过分页机制换算后，线性地址才能转为物理地址。MMU对于内存的管理主要是分段和分页,CPU把生成的逻辑地址交给MMU内的分段单元，分段单元为每个逻辑地址生成一个线性地址，然后再将线性地址交给MMU的分页单元，最终生成物理内存的地址。
分页（Paging）
分页是一种无需连续分配物理内存的内存管理方案。进程的地址空间被划分为固定大小的块，称为页，而物理内存被划分为固定大小的块，称为帧。
关键概念
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页：进程地址空间的固定大小块。
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帧：物理内存的固定大小块。
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页表：用于将虚拟地址映射到物理地址的数据结构。页表中的每个条目对应一个页面，并包含该页面所在帧的编号。
地址转换过程分为 3 个步骤
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逻辑地址空间：逻辑地址（由 CPU 生成）分为页码和页偏移量。
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页表查找：页码作为页表的索引，用于查找相应的帧号。
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物理地址形成：帧号与页偏移量相结合，形成内存中的物理地址。
优点
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消除外部碎片。
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简化内存分配。
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支持高效的交换和虚拟内存。
缺点
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可能导致内部碎片。
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页表需要额外内存。
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由于多次访问内存，地址转换速度较慢。
分段（Segmentation）
分段是一种内存管理技术，根据程序的逻辑划分（如函数、对象或数据数组），将内存划分为大小可变的段。
关键概念
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段：程序的逻辑划分，每个段的大小可变。
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段表：将段号映射到段的基地址和长度的数据结构。
地址转换过程分为 3 个步骤
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逻辑地址空间：逻辑地址包括段号和段内偏移量。
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段表查找：段号用作段表的索引，用于查找段的基地址。
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物理地址形成：将基址与偏移量相加，形成内存中的物理地址。
优点
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为程序的不同部分提供逻辑分隔。
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便于保护和共享程序段。
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简化对不断增长的数据结构的管理。
缺点
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可能导致外部碎片。
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内存管理更复杂。
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由于多次访问内存，地址转换速度较慢。
分段和分页的比较
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内存分配：分页将内存划分为固定大小的单元，而分段将内存划分为可变大小的单元。
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碎片：分页消除了外部碎片，但可能导致内部碎片。分段可导致外部碎片，但可避免内部碎片。
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地址转换：分页涉及页表，而分段使用段表。
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逻辑视图：分页更直接，但不太符合程序的逻辑视图。分段与程序内的逻辑划分更为一致。
总之，分页和分段都有自己独特的内存管理方法，各有利弊。在某些系统中，它们还可以结合使用，以发挥两种技术的优势。
混合分页和分段
有些系统结合使用这两种技术，以发挥各自的优势。例如，可以将一个分段划分为多个页面，以便从分段的逻辑组织和分页的简便性中获益。这种混合方法有助于减轻单独使用其中一种技术的缺点。
优点
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结合了分页和分段的优点。
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减少外部碎片（来自分段）和内部碎片（来自分页）。
缺点
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增加了内存管理的复杂性。
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由于需要同时管理段表和页表，因此开销较大。
