分段與分頁存儲

來自網絡的一個比喻：

你去聽課，帶了一個紙質筆記本做筆記。筆記本有100張紙，課程有國文、數學、英語三門，對于這個筆記本的使用，為了便于以後複習友善，你可以有兩種選擇。

第一種是，你從本子的第一張紙開始用，并且事先在本子上做劃分：第2張到第30張紙記國文筆記，第31到60張紙記數學筆記，第61到100張紙記英語筆記，最後在第一張紙做個清單，記錄着三門筆記各自的範圍。這就是分段管理，第一張紙叫段表。

第二種是，你從第二張紙開始做筆記，各種課的筆記是連在一起的：第2張紙是數學，第3張是國文，第4張英語……最後呢，你在第一張紙做了一個目錄，記錄着國文筆記在第3、7、14、15張紙……，數學筆記在第2、6、8、9、11……，英語筆記在第4、5、12……。這就是分頁管理，第一張紙叫頁表。你要複習哪一門課，就到頁表裡查尋相關的紙的編号，然後翻到那一頁去複習。

分段與分頁一些比較：

1.基本思想：

使用者程式的位址空間被劃分成若幹固定大小的區域，稱為“頁”，相應地，記憶體空間分成若幹個實體塊，頁和塊的大小相等。可将使用者程式的任一頁放在記憶體的任一塊中，實作了離散配置設定。頁是資訊的實體機關。

将使用者程式位址空間分成若幹個大小不等的段，每段可以定義一組相對完整的邏輯資訊。存儲配置設定時，以段為機關，段與段在記憶體中可以不相鄰接，也實作了離散配置設定。段是資訊的邏輯機關。

2.設計目的：

分頁、分段都是可以使程式的位址空間超過存儲器的實體空間。

分頁主要是為了解決記憶體碎片問題，采用固定大小的頁面，是系統管理的需要。

分段是為了使程式和資料劃分為邏輯上獨立的位址空間而設計的，這樣做有利于管理變長資料結構、過程的連結、過程與資料的共享、設定特定保護類型等，是出于使用者需求的設計。

3.位址轉換：

分頁的作業位址空間是一維的，轉換是通過MMU實作頁号到塊号的轉換或通過硬體“快表”TLB實作快速轉換（詳細過程見另外blog）。

分段的作業位址空間是二維的，由段号和段内位址映射到實體位址，具體轉換過程：

• (1). 程式執行時，從PCB中取出段表始址和段表長度，裝入段表寄存器。
• (2). 由分段位址變換機構将邏輯位址自動分成段号和段内位址。
• (3). 将段号與段表長度進行比較，若段号大于或等于段表長度，則表示本次通路的位址已超越程序的位址空間，産生越界中斷。
• (4). 将段表始址與段号和段表項長度的乘積相加，便得到該段表項在段表中的位置。
• (5). 取出段描述子得到該段的起始實體位址。
• (6). 檢查段内位移量是否超出該段的段長，若超過，産生越界中斷。
• (7). 對該段的存取控制進行檢查。
• (8). 将該段基址和段内位址相加，得到實際的實體位址。

（另）段頁式存儲：

分頁系統能有效地提高記憶體的使用率，而分段系統能反映程式的邏輯結構，便于段的共享與保護，将分頁與分段兩種存儲方式結合起來，就形成了段頁式存儲管理方式。

在段頁式存儲管理系統中，作業的位址空間首先被分成若幹個邏輯分段，每段都有自己的段号，然後再将每段分成若幹個大小相等的頁。對于主存空間也分成大小相等的頁，主存的配置設定以頁為機關。

段頁式系統中，作業的位址結構：段号、段内位址，其中段内位址又分為：頁号和頁内偏移量。

程式員按照分段系統的位址結構将位址分為段号與段内位移量，位址變換機構将段内位移量分解為頁号和頁内位移量。

為實作段頁式存儲管理，系統應為每個程序設定一個段表，包括每段的段号，該段的頁表始址和頁表長度。每個段有自己的頁表，記錄段中的每一頁的頁号和存放在主存中的實體塊号。