一、概述
在復(fù)習(xí)操作系統(tǒng)的時(shí)候 ，遇到的第一個(gè)難點(diǎn)，當(dāng)年的操作系統(tǒng)課上老師這塊也沒(méi)講，所以對(duì)這些知識(shí)的了解幾乎為空白，特此記錄，怕過(guò)后忘了。
好，現(xiàn)在進(jìn)入正題。
頁(yè)式，段式或者段頁(yè)式都管理屬于離散存儲(chǔ)管理中的一種 ，采用這種方式的主要目的是為了解決碎片問(wèn)題，不用連續(xù)地分配內(nèi)存，可以將一個(gè)進(jìn)程/程序離散地裝入到不連續(xù)的內(nèi)存中。
二、主要過(guò)程及涉及技術(shù)介紹說(shuō)明
①分頁(yè)式存儲(chǔ)
首先將進(jìn)程和內(nèi)存都已頁(yè)為單位進(jìn)行分塊，進(jìn)程中的稱(chēng)為頁(yè)，內(nèi)存中的稱(chēng)為塊，一一對(duì)應(yīng)，大小相等，這個(gè)時(shí)候就需要一個(gè)專(zhuān)門(mén)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來(lái)管理這種映射關(guān)系，也就是頁(yè)表，頁(yè)表也是存在內(nèi)存中的。在這種映射關(guān)系的基礎(chǔ)上，通過(guò)相應(yīng)的硬件轉(zhuǎn)換機(jī)制可以將邏輯地址轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的物理地址，從而實(shí)現(xiàn)內(nèi)存的分配與管理。
頁(yè)面大小一般是由機(jī)器決定的，通常為4KB，如圖1.1所示，以某一32位邏址為例，4KB（2^12B）的頁(yè)大小，12根地址線(xiàn)可以完全表示，即快內(nèi)偏移為12位。剩下20位用來(lái)表示頁(yè)號(hào)，最多可以表示2^20-1頁(yè)。再來(lái)看頁(yè)表項(xiàng)，一個(gè)頁(yè)表項(xiàng)就代表了一個(gè)進(jìn)程中頁(yè)與內(nèi)存中塊的映射，故頁(yè)面數(shù)等于頁(yè)表項(xiàng)個(gè)數(shù)，頁(yè)表項(xiàng)中有兩個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)，頁(yè)號(hào)和塊號(hào)。（圖1.2）根據(jù)給定的邏址可以算出對(duì)應(yīng)的頁(yè)號(hào)，再結(jié)合頁(yè)表可以求出對(duì)應(yīng)的塊號(hào)，此時(shí)再結(jié)合偏移地址便可得出物理地址。
具體過(guò)程見(jiàn)圖1.3，在映射的過(guò)程中，系統(tǒng)還設(shè)置了相應(yīng)的內(nèi)存保護(hù)機(jī)制，使用一個(gè)界限保護(hù)寄存器，來(lái)確保沒(méi)有地址越界等事情的發(fā)生。同時(shí)，設(shè)置了一個(gè)頁(yè)面寄存器來(lái)存放頁(yè)表始址和頁(yè)面長(zhǎng)度。
上述過(guò)程通常由處理器的硬件直接完成，不需要軟件參與。通常，操作系統(tǒng)只需在進(jìn)程切換時(shí)，把進(jìn)程頁(yè)表的首地址裝入處理器特定的寄存器中即可。
一般來(lái)說(shuō)，頁(yè)表存儲(chǔ)在主存之中。這樣處理器每訪(fǎng)問(wèn)一個(gè)在內(nèi)存中的操作數(shù)，就要訪(fǎng)問(wèn)兩次內(nèi)存：
第一次用來(lái)查找頁(yè)表將操作數(shù)的 邏輯地址變換為物理地址；第二次完成真正的讀寫(xiě)操作。
這樣做時(shí)間上耗費(fèi)嚴(yán)重。為縮短查找時(shí)間，可以將頁(yè)表從內(nèi)存裝入CPU內(nèi)部的關(guān)聯(lián)存儲(chǔ)器(例如，快表)中，實(shí)現(xiàn)按內(nèi)容查找。
此時(shí)的地址變換過(guò)程是：在CPU給出有效地址后，由地址變換機(jī)構(gòu)自動(dòng)將頁(yè)號(hào)送人快表，并將此頁(yè)號(hào)與快表中的所有頁(yè)號(hào)進(jìn)行比較，而且這種比較是同時(shí)進(jìn)行的。
若其中有與此相匹配的頁(yè)號(hào)，表示要訪(fǎng)問(wèn)的頁(yè)的頁(yè)表項(xiàng)在快表中。于是可直接讀出該頁(yè)所對(duì)應(yīng)的物理頁(yè)號(hào)，這樣就無(wú)需訪(fǎng)問(wèn)內(nèi)存中的頁(yè)表。由于關(guān)聯(lián)存儲(chǔ)器的訪(fǎng)問(wèn)速度比內(nèi)存的訪(fǎng)問(wèn)速度快得多。
頁(yè)式管理方式的優(yōu)點(diǎn)是：
1）沒(méi)有外碎片，每個(gè)內(nèi)碎片不超過(guò)頁(yè)大比前面所討論的幾種管理方式的最大進(jìn)步是，
2）一個(gè)程序不必連續(xù)存放。
3）便于改變程序占用空間的大小(主要指隨著程序運(yùn)行，動(dòng)態(tài)生成的數(shù)據(jù)增多，所要求的地址空間相應(yīng)增長(zhǎng))。
缺點(diǎn)是：要求程序全部裝入內(nèi)存，沒(méi)有足夠的內(nèi)存，程序就不能執(zhí)行
②分段式管理
跟頁(yè)式管理不同的是，段式管理是針對(duì)用戶(hù)的，它是將程序進(jìn)行分段，裝入內(nèi)存。在段式存儲(chǔ)管理系統(tǒng)中，為每個(gè)段分配一個(gè)連續(xù)的分區(qū)，而進(jìn)程中的各個(gè)段可以不連續(xù)地存放在內(nèi)存的不同分區(qū)中。程序加載時(shí)，操作系統(tǒng)為所有段分配其所需內(nèi)存，這些段不必連續(xù)，物理內(nèi)存的管理采用動(dòng)態(tài)分區(qū)的管理方法。
段式管理的內(nèi)存格式和頁(yè)式相似，由段號(hào)和段內(nèi)偏移組成（如圖2.1），而有點(diǎn)略微不同的是每一段的大小不是由系統(tǒng)決定的，是由用戶(hù)編程決定的。
同樣，段表項(xiàng)也發(fā)生了變換，頁(yè)表項(xiàng)只有兩項(xiàng)，而在段表中增加了一欄，用來(lái)表示段長(zhǎng)，具體結(jié)構(gòu)如下（圖2.2）：
同樣，在地址變換機(jī)構(gòu)中，有兩種越界保護(hù)，①段號(hào)是否小于段長(zhǎng) ②段內(nèi)偏移是否小于段長(zhǎng)。
在段式管理系統(tǒng)中，整個(gè)進(jìn)程的地址空間是二維的，即其邏輯地址由段號(hào)和段內(nèi)地址兩部分組成。為了完成進(jìn)程邏輯地址到物理地址的映射，處理器會(huì)查找內(nèi)存中的段表，由段號(hào)得到段的首地址，加上段內(nèi)地址，得到實(shí)際的物理地址。（如圖2.3）這個(gè)過(guò)程也是由處理器的硬件直接完成的，操作系統(tǒng)只需在進(jìn)程切換時(shí)，將進(jìn)程段表的首地址裝入處理器的特定寄存器當(dāng)中。這個(gè)寄存器一般被稱(chēng)作段表地址寄存器。
