新第五章存儲-段式及段頁式

段式與頁式管理的比較段式管理與頁式管理的地址變換機構(gòu)非常相似，但兩者有著概念上的根本差別。表現(xiàn)在：(1)段是信息的邏輯單位，它是根據(jù)用戶的需要劃分的，因此段對用戶是可見的；頁是信息的物理單位，是為了管理主存的方便而劃分的，對用戶是透明的。1(2)頁的大小固定不變，由系統(tǒng)決定。段的大小是不固定的，它由其完成的功能決定。(3)段式向用戶提供的是二維地址空間，頁式向用戶提供的是一維地址空間，其頁號和頁內(nèi)偏移是機器硬件的功能。(4)由于段是信息的邏輯單位，因此便于存貯保護和信息的共享，頁的保護和共享受到限制。2一.分段式存儲管理的引入在分頁存儲系統(tǒng)中，作業(yè)的地址空間是一維線性的，這破壞了程序內(nèi)部天然的邏輯結(jié)構(gòu),造成共享、保護的困難。引入分段存儲管理方式，主要是為了滿足用戶和程序員的下述需要：1)方便編程2)信息共享3)信息保護4)動態(tài)增長5)動態(tài)鏈接5.5段式與段頁式管理3...0S工作區(qū)段[B]主程序段[M]......0EP子程序段[X]0K...CALL[X][E].........CALL[Y][F]CALL[A]116......0FL子程序段[Y]0116N數(shù)組[A]12345...4二分段系統(tǒng)的基本原理1.分段地址中的地址具有如下結(jié)構(gòu)：

段號段內(nèi)地址3116150作業(yè)的邏輯地址空間：分段情況下要求每個作業(yè)的地址空間按照程序的自然邏輯關(guān)系分成若干段，每個段有自己的段名。52.段表它記錄了段號，段的首（地）址和長度之間的關(guān)系每一個程序設(shè)置一個段表，放在內(nèi)存,屬于進程的現(xiàn)場信息段號012段首址段長度58K20K100K110K260K140K6操作系統(tǒng).....B0SA0NY0LX0PM0K邏輯段號01234作業(yè)1的地址空間10003200500060008000PKSLN主存K3200P1500L6000N8000S5000長度段地址01234操作系統(tǒng)分段管理中作業(yè)i與段表、存儲空間的關(guān)系7系統(tǒng)設(shè)置一對寄存器段表始址寄存器：用于保存正在運行進程的段表的始址段表長度寄存器：用于保存正在運行進程的段表的長度（例如上圖的段表長度為3）3.硬件支持8三.段式動態(tài)地址變換

段式動態(tài)地址變換與頁式管理基本相同，在作業(yè)運行時，由系統(tǒng)將該作業(yè)的段表始址和段表長度送入控制寄存器中。當(dāng)作業(yè)訪問某段(x)時，其邏輯地址(x，W)中的段號S先與控制寄存器的段表長度相比較，若x>段表長度，則產(chǎn)生段號越界中斷，停止作業(yè)運行。否則將段號S與控制寄存器的段表始址相加，形成訪問段表的主存地址。下圖給出了段的動態(tài)地址變換過程。9地址變換機構(gòu)圖分段系統(tǒng)的地址變換過程10

Cl

Cb+段號S段內(nèi)地址d比較比較b+d段表S>=Cl快表物理地址段表始址寄存器段表長度寄存器邏輯地址lb...Slb地址越界d>=1d>=1地址映射及存儲保護機制地址越界地址越界比較11分頁和分段的主要區(qū)別(1)頁是信息的物理單位，段則是信息的邏輯單位(2)頁的大小固定且由系統(tǒng)決定，而段的長度卻不固定(3)分頁的作業(yè)地址空間是一維的，即單一的線性地址空間，分段的作業(yè)地址空間則是二維的12四.段的共享與保護在多道程序系統(tǒng)中，尤其在分時系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)共享是很重要的，在分段系統(tǒng)中，個共享進程應(yīng)能訪問被共享的段，所以共享的方法式使這些共享用戶的邏輯空間中的段指向相同的段號，在共享中必須小心處理的一個問題是共享段的保護問題。13信息共享分頁系統(tǒng)中共享editor的示意圖14分段系統(tǒng)中共享editor的示意圖15（一）.請求分段使用的表擴充段表（每個作業(yè)一個）現(xiàn)行分段表（整個系統(tǒng)一個）現(xiàn)行調(diào)用表（整個系統(tǒng)一個）五.請求分段存儲管理

161.擴充段表段號段長段始址存取控制中斷位訪問位改變位擴充位輔存地址中斷位：表示該頁在不主存訪問位：表示該頁最近是否被訪問過改變位：表示該頁內(nèi)容是否被修改擴充位（固定長/可擴充）172.現(xiàn)行分段表記錄共享段的狀態(tài)，包括：當(dāng)前段是否在主存，該段在主存的始址，共享的作業(yè)數(shù)，每個作業(yè)名，作業(yè)號以及在該作業(yè)中的段號、允許的存取方式等。每個允許被共享的段，當(dāng)其調(diào)入主存時，均在此表上登記。當(dāng)一共享作業(yè)退出系統(tǒng)后，則應(yīng)將共享本段作業(yè)數(shù)減１并將相應(yīng)的表目改為“可用”。若共享作業(yè)數(shù)為０，則請求系統(tǒng)回收相應(yīng)的存儲空間。18現(xiàn)行分段表193.現(xiàn)行調(diào)用表實現(xiàn)各分段之間有效的、一致的動態(tài)連接。在動態(tài)連接過程中調(diào)入一分段時，在表中登記段名、訪問的入口點、段名及段內(nèi)地址，系統(tǒng)為之分配一個段號。段名段好狀態(tài)訪問過的入口點1B1Y/1202X1C/80…………20

檢查內(nèi)存中是否有足夠的空閑空間①若有，則裝入該段，修改有關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，中斷返回②若沒有，檢查內(nèi)存中空閑區(qū)的總和是否滿足要求，是則應(yīng)采用緊縮技術(shù)，轉(zhuǎn)①；否則，淘汰一（些）段，轉(zhuǎn)①（二）缺段中斷處理21缺段中斷段擴充處理流程22分段與分頁的區(qū)別分頁系統(tǒng)分段系統(tǒng)單一地址空間二維地址空間頁是物理單位段是邏輯單位頁的大小固定段的大小可變對用戶透明對用戶可見單段式虛擬多段式虛擬23分段管理的優(yōu)缺點

優(yōu)點：便于動態(tài)申請內(nèi)存管理和使用統(tǒng)一化便于共享便于動態(tài)鏈接缺點：產(chǎn)生碎片思考：與可變分區(qū)存儲管理方案的相同點與不同點？245.5.4段頁式管理的基本思想

分段結(jié)構(gòu)具有邏輯上清晰的優(yōu)點，但它的一個致命弱點是每個段必須占據(jù)主存儲器的連續(xù)區(qū)域，于是，要裝入一個分段時可能要移動已在主存儲器中的信息，為了克服這個缺點，可兼用分段和分頁的方法，構(gòu)成段頁式存儲管理。每個作業(yè)仍按邏輯分段，但對每一段不是按單一的連續(xù)整體存放到存儲器中，而是把每個段再分成若干個頁面，每一段不必占據(jù)連續(xù)的主存空間，可把它按頁存放在不連續(xù)的主存塊中。255.5.5段頁式管理的實現(xiàn)原理1．

虛地址的構(gòu)成

一個進程中所包含的具有獨立邏輯功能的程序和數(shù)據(jù)仍被劃分為段，并有各自的段號S。把段劃成若干個頁，和頁式系統(tǒng)一樣。段號頁號頁內(nèi)地址262．段表和頁表在段頁式系統(tǒng)中,每個分段又被分成若干個固定大小的頁面，那么每個段又必須建立一張頁表把段中的虛頁變換成內(nèi)存中的實際頁面。顯然，與頁式管理時相同，頁表中也要有相應(yīng)的實現(xiàn)缺頁中斷處理和頁面保護等功能表項。每個段有一個頁表，段表中應(yīng)有專項指出該段所對應(yīng)頁表的頁表始址和頁表長度。（P134圖5.33）27段號其他頁表長度起始地址051024171029291036段表長度起始地址段表地址寄存器頁號其他頁面11221932148510頁號其他頁面1293…3.段表、頁表與內(nèi)存關(guān)系28段表地址寄存器段表長度起始地址spd

物理地址……頁面……spp’P’+dp’虛擬地址聯(lián)想存儲器段頁式地址變換段表S段的頁表29（注：在段頁式系統(tǒng)中，為了獲取一條指令或數(shù)據(jù)，需三次訪問內(nèi)存。第一次訪問，是訪問內(nèi)存中的段表，從中取得頁表始址，第二次訪問，是訪問內(nèi)存中的頁表，從中取得物理塊號，并將該塊號與頁內(nèi)地址一起形成指令或數(shù)據(jù)的物理地址；第三次訪問，才是真正從第二次訪問的地址中，取得指令和數(shù)據(jù)。）30

動態(tài)地址變換過程:(如何將二維虛地址映射成一維實地址，為了實現(xiàn)動態(tài)地址變換)。⑴段頁式系統(tǒng)必須為每個作業(yè)建立一張段表，段表表目中的地址部分指出該段的頁表在主存的始址。⑵為每個段建立一張頁表，每個表目指示該頁所在主存的頁面號。⑶每個作業(yè)有一個段表地址寄存器，指示它的段表所在位置和段表長度。⑷設(shè)置快速聯(lián)想寄存器，存放當(dāng)前最常用的段號S，頁號P和對應(yīng)的內(nèi)存頁面與其它控制用欄目。⑸查找方法:如果所訪問的段或頁在快速聯(lián)想寄存器中，則系統(tǒng)不再訪問內(nèi)存中的段表、頁表。把快速聯(lián)想寄存器中的值與頁內(nèi)相對地址D拼接得到內(nèi)存地址。若快速聯(lián)想寄存器中沒有，才去通過段表、頁表進行內(nèi)存地址查找。31本章小結(jié)方法功能單一連續(xù)區(qū)分區(qū)式頁式段式段頁式固定分區(qū)可變分區(qū)靜態(tài)動態(tài)適用環(huán)境單道多道多道多道多道虛擬空間一維一維一維二維二維重定位方式靜態(tài)靜態(tài)動態(tài)動態(tài)動態(tài)動態(tài)32方法功能單一連續(xù)區(qū)分區(qū)式頁式段式段頁式固定分區(qū)可變分區(qū)靜態(tài)動態(tài)分配方式靜態(tài)分配連續(xù)區(qū)靜態(tài)動態(tài)分配連續(xù)區(qū)靜態(tài)或動態(tài)頁為單位非連續(xù)動態(tài)分配段為單位非連續(xù)動態(tài)分配頁為單位非連續(xù)釋放執(zhí)行完成后全部釋放執(zhí)行完分區(qū)成后全釋放部釋放執(zhí)行淘汰與完成執(zhí)行完后釋放后釋放

淘汰與執(zhí)行完成后釋放淘汰與執(zhí)行完成后釋放保護越界保護或沒有越界保護與保護鍵越界保護與控制保護同左同左33方法功能單一連續(xù)區(qū)分區(qū)式頁式段式段頁式固定分區(qū)可變分區(qū)靜態(tài)動態(tài)內(nèi)存擴充覆蓋與交換技術(shù)同左同左同左同左共享不能不能較難方便方便硬件支持保護用寄存器保護用同左寄存器加重定位機構(gòu)地址變換機構(gòu)中斷機構(gòu)保