第四章 存储器管理（3）——基本分段存储管理方式

4.4、基本分段存储管理方式

      如果说推动存储管理方式从固定分区到动态分区分配，进而又发展到分页存储管理方式的主要动力，是提高内存利用率，那么，引入分段存储管理方式的目的，则主要是为了满足用户(程序员)在编程和使用上多方面的要求，其中有些要求是其它几种存储管理方式所难以满足的。（每一段的大小可以是不一样的，即其段长可以不一致）

4.4.1、分段

       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。为了实现简单起见，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由于是分成多个段，因而是二维的，亦即，其逻辑地址由段号(段名)和段内地址所组成。

     分段地址中的地址具有如下结构：

                                                            

4.4.2、段表

      为使程序能正常运行，亦即，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(又称为“基址”)和段的长度。段表是用于实现从逻辑段到物理内存区的映射。

4.4.3、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，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d 与段内地址相加，即可得到要访问的内存物理地址。

                                                         

图4-3 分段系统的地址变换过程

假设段表的起始地址为F和段表长度为M，从逻辑地址A到物理地址E之间的地址变换如下：

（1）从逻辑地址A中取出前几位为段号S，后几位为段内偏移量W。

（2）比较段号S和段表长度M，若S≥M，则产生越界中断，否则转向下一步。

（3）段表中段号S对应的段表项地址 = 段表起始地址F + 段号S×段表项长度，取出该段表项的前几位得到段长C，后几位得到段的起始地址b。若段内偏移量W≥C，则产生越界中断，否则转至下一步。

（4）计算物理地址E = b+ W。

（5）用得到的物理地址E去访问内存。

      例如，假设段号0的起始地址为210，段长为500，计算逻辑地址A=430的物理地址E的过程如下：

      S=0；W=430，查找得到段号0的表项的起始地址为210，段长为500，因为430＜500，所以该逻辑地址是合法的，则物理地址E = 210 + 430 = 640。

4.4.4、分页和分段的区别

      由上所述不难看出，分页和分段系统有许多相似之处。比如，两者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，主要表现在下述三个方面。

      (1) 页是信息的物理单位，分页是为实现离散分配方式，以消减内存的外零头，提高内存的利用率。或者说，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。分段的目的是为了能更好地满足用户的需要。

      (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；而段的长度却不固定，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则是二维的，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。