操作系统基本分段存储管理方式

1、分段存储管理方式的引入

---- 引入分段存储管理方式，主要是为了满足用户和程序员的下述一系列需要：

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，每个段都是从0开始编址，并有自己的名字和长度。

因此，希望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。

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。比如共享某个例程和函数，分页系统中的“页”只是存放信息的物理单位（块），

并无完整的意义，不便于实现共享，然而段却是信息的逻辑单位。

3）信息保护

信息保护同样是对信息的逻辑单位进行保护，因此，分段管理方式能更有效和方便的实现信息保护功能。

4）动态增长

在实际应用中，往往有些段，特别是数据段，在使用过程中会不断地增长，而事先又无法确切地知道数据段会增长到多大。前面的几种存储

管理方式都难以应付这种动态增长的情况，分段存储管理方式能较好的解决这一问题。

5）动态链接

动态链接是指在作业运行之前，并不把几个目标程序段链接起来。要运行时，先将主程序所对应的目标程序装入内存并启动运行，当运行过程

中又需要调用某段时，才将该段（目标程序）调入内存并进行链接。可见，动态链接也要求以段作为管理的单位。

 

2、分段和段表

---- 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。每个段都有自己的名字，通常可用一个段号来

代替段名，每个段都从0开始编址，并采用一段连续的地址空间。段的长度由相应的逻辑信息组的长度决定，因而各段长度不等。整个作业的

地址空间分成多个段，是二维的。

---- 在动态分区（可变分区）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，而进程中的各个段可以离散地装入内存中不同的分区中。为使程序能正常运行，即能从物理内存中找出每个逻辑段所对应的位置，

应像分页系统那样，在系统中为每个进程建立一张段映射表，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（“基址”）和段长（字节）。段表一般放在内存中。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。

 

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S（0～TL-1）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（段表的始址+段号x段表项的长度），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，则将该段的基址与段内地址d

相加，即可得到要访问的内存物理地址。

---- 像分页系统一样，当段表放在内存中时，每当要访问一个数据，都需访问两次内存（第一次是得到物理地址，第二次是从地址中取数据），

从而极大地降低了计算机的速率。解决方法是再增设一个联想存储器（TLB），用于保存最近常用的段表项。一般情况下是段比页大，因而

段表项的数目比页表项的数目少，需要的TLB也相对较小，可以显著的减少存取数据的时间。

 

4、分页和分段的主要区别

---- 分页和分段系统都采用离散分配方式，且都要通过地址映射机构来实现地址变换。但在概念上两者完全不同，主要表现在3个方面：

-- 1）页是信息的物理单位，分页是为实现离散分配方式，消减外部碎片，提高内存的利用率。分页仅仅是由于系统管理的需要而不是用户的需要。

段则是信息的逻辑单位，它含有一组其意义相对完整的信息。分段的目的是为了更好的满足用户的需要。

-- 2）页的大小固定且由系统决定，由系统把逻辑地址划分为页号和页内地址两部分，是由机器硬件实现的，因而在系统中只能有一种大小的页面；

而段的长度不固定，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）分页的作业地址空间是一维的，即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；而分段的作业地址空间是二维的，

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。

 

5、信息共享

---- 段的共享：即允许若干个进程共享一个或多个分段。

---- 可重入代码（Reentrant Code）又称为“纯代码”（Pure Code），是一种允许多个进程同时访问的代码。为使各个进程所执行的代码完全相同，

绝对不允许可重入代码在执行中有任何改变。因此，可重入代码是一种不允许任何进程对它进行修改的代码。

---- 但事实上，大多数代码在执行时都可能有些改变，例如，用于控制程序执行次数的变量以及指针、信号量及数组等。为此，在每个进程中，都必

须配以局部数据区，把在执行中可能改变的部分拷贝到该数据区，这样，程序在执行时，只需对该数据区（属于该进程私有）中的内容进行修改，并

不去改变共享的代码，这时的可共享代码即成为可重入码。

 

转自：http://blog.csdn.net/dongyanxia1000/article/details/51787275