操作系统基础32-内存管理-分段

2020-12-20 03:27·重学IT的老猫

通过前面的学习我们知道，用户的内存视图与实际的物理内存不一样。这同样适用于程序员的内存视图。

事实上，对操作系统和程序员来说，按物理性质来处理内存是不方便的。如果硬件可以提供内存机制，以便将程序员的内存视图映射到实际的物理内存，系统将有更多的自由来管理内存，而程序员将有一个更自然的编程环境。分段提供了这种机制。

分段的基本方法

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。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。

因此，逻辑地址由有序对组成： <段号，偏移>

通常，在编译用户程序时，编译器会根据输入程序来自动构造段。 一个C编译器可能会创建如下段：

• 代码
• 全局变量
• 堆（内存从堆上分配）
• 每个线程使用的栈
• 标准的C库

在编译时链接的库可能分配不同的段。加载程序会装入所有这些段，并为它们分配段号。

分段硬件

虽然用户现在能够通过二维地址来引用程序内的对象，但是实际物理内存仍然是一维的字节序列。因此，我们应定义一个实现方式，以便映射用户定义的二维地址到一维物理地址。这个地址是通过段表来实现的。

段表的每个条目都有段基地址和段界限。段基地址包含该段在内存中的开始物理地址，而段界限指定该段的长度。

分段硬件

段表的使用如上图所示。每个逻辑地址由两部分组成：段号 s 和段偏移 d。

段号用作段表的索引，逻辑地址的偏移d应位于0和段界限之间。如果不是这样，那么会陷入操作系统中(逻辑地址试图访问段的外面)。如果偏移d合法，那么就与基地址相加而得到所需字节的物理内存地址。因此，段表实际上是基址寄存器值和界限寄存器值的对的数组。

分段的例子

例如，假设如上图分段的例子所示的情况。有5个段，按0~4来编号。各段按如图所示来存储。每个段都在段表中有一个条目，它包括段在物理内存内的开始地址(基地址)和该段的长度(界限)。 如，段2为400字节长，开始于位置4300。因此，对段2字节53的引用映射成位置4300 + 53 = 4353。对段3字节852的引用映射成位置3200(段3基地址)+ 852 = 4052。对段0字节1222的引用会陷入操作系统，这是由于该段仅为1000字节长。