操作系统 段页式存储管理

一、引入

• ★分页系统是以页面作为内存分配的基本单位，能有效地提高内存利用率，但信息共享等不方便；
• ★分段系统是以段作为内存分配的基本单位，它能够更好地满足用户多方面的需要（信息共享、动态链接等），但采用分区方式管理物理内存，仍然存在碎片问题；
• ★段页式存储管理方式是对两种存储管理方式的“各取所长”，既具有分段系统的便于实现、分段可共享、易于保护、可动态链接等一系列优点，又能像分页系统那样，很好地解决内存的外部碎片问题。

二、基本思想——先分段，再分页

• 地址空间划分：作业的地址空间仍按其逻辑结构分段。每个段又被进一步分成若干大小相同的页面。内存空间则分成与页面大小相等的物理块。
• 作业装入：在作业装入内存时，一个页面装入内存一个块中。各个段的页面装入内存时可以占用互不连续的内存块
• 采用虚拟存储技术：作业的页面不必一次全部装入内存，而采用请求页式管理的方法，当要访问的页面不在内存时，就产生缺页中断

问题：说明请求分段系统中的缺页中断处理过程

• 程序请求访问一页–>页号>页表长度？–是–>越界中断
• 程序请求访问一页–>页号>页表长度？–否–>cpu检索块表–>页表项在块表中？–否–>访问页表–>页在内存？–否–>保留cpu现场–>从外存中找到缺页–>内存满否–否–>os命令cpu从外存读缺页–>启动I/o硬件–>将一页从外存换入内存–修改页表。
• 程序请求访问一页–>页号>页表长度？–否–>cpu检索块表–>页表项在块表中？–否–>访问页表–>页在内存？–否–>保留cpu现场–>从外存中找到缺页–>内存满否–是–>选择一页换出–>该页被修改否？–是–>将该页写回外存–>os命令cpu从外存读缺页–>启动I/o硬件–>将一页从外存换入内存–修改页表。

三、作业地址空间和地址结构（虚拟地址）

四、段表和页表

五、地址变换过程

• 逻辑地址中的段号和段表长度比较，看是否越界，是就执行中断程序
• 没有越界，利用段号+段表始址=对应段号的地址，读取地址中的数据，也就是这个段的页表始址
• 利用逻辑地址中的页号+页表始址=对应页的页表项位置，也就是找到这个页号
• 通过这个页号找到对应的物理块号
• 物理块号+页内地址w=物理地址
  

举一个例子：每页大小4KB，计算逻辑地址 (0,2,500)的物理地址？

逻辑地址 (0,2,500)所在段为第0段，页表是第0段页表，页号是2，对应的物理块号是19，因此
物理地址 PA=19*4K+500= 78324

六、总结段页存储管理的碎片问题

• 结论：段页存储不会产生外部碎片，但是会产生内部碎片
  • 首先是程序会先进行分段，再对每一段进行分页，称为页面，对于内存，是按照页面的长度划分为若干的内存块，在存储的时候，每一个页面存储在一个内存块中，所以自然不会产生外部碎片
  • 但是不是每一个段都刚好可以切分成满足内存块大小的若干块，所以段页式存储是会产生内部碎片的