分段存储管理是如何优化计算机内存使用的?

分段存储管理

分段存储管理

基本

分段存储管理是计算机存储器管理中的一种重要技术,它根据程序自身的逻辑关系将内存划分成若干段,每个段都有独立的地址空间,这种管理方式提高了内存利用率,使得程序编写更加方便。

基本原理

分段存储管理的基本原理是将程序按照其自身的逻辑关系划分为若干个段,每个段都有一个独立的段名和地址空间,在内存中,每个段占据一块连续的内存空间,但各个段之间可以不相邻,这种管理方式使得程序更加模块化,方便了程序的编写和维护。

在分段存储管理中,虚拟地址由段号和段内地址两部分组成,当程序需要访问某个数据时,系统会根据虚拟地址中的段号找到对应的段,再根据段内地址找到具体的数据,由于各个段之间可以不相邻,因此需要通过段表来记录每个段的起始地址和长度等信息。

实现方式

分段存储管理的实现需要设计合理的段表结构和分配策略,在段表的实现中,可以采用哈希表、链表等方式来存储段表项,在分配策略上,可以采用首次适应(First Fit)、最佳适应(Best Fit)等算法来查找合适的空闲区,还需要考虑如何实现重定位和存储保护等问题。

在实际应用中,分段存储管理被广泛应用于各种操作系统和编程语言中,Unix系统中的进程分为代码段、数据段和堆栈段;Windows系统中也采用了类似的分段管理方式,每个进程都有独立的代码段、数据段和堆栈段,在一些高级编程语言中,如C、C++等也支持分段存储管理。

优点与缺点

优点:

分段存储管理

提高内存利用率:由于各个段可以独立地分配和回收,因此可以有效地利用内存空间。

方便程序编写:分段存储管理使得程序更加模块化,方便了程序的编写和维护。

支持动态链接:分段存储管理可以支持动态链接,实现进程共享一个外存中的程序模块。

易于保护和隔离:每个段都有独立的地址空间,因此可以方便地进行保护和隔离,防止程序的互相干扰。

缺点:

额外的开销:由于每个段需要占用一定的内存空间来记录其起始地址和长度等信息,因此会增加一些额外的开销。

静态划分限制:由于分段存储管理需要对程序进行静态划分,因此可能无法充分利用程序的动态特性。

分段存储管理

分段存储管理方式

分段存储管理方式是一种将程序划分为多个逻辑段的存储管理策略,每个段都有独立的地址空间,可以独立地分配和释放,这种管理方式有助于提高内存利用率和方便程序的设计与维护。

分段

分段是指将程序划分为多个逻辑段,每个段都是一个独立的内存区域,每个段的大小可以不同,并且可以独立地分配和释放,在分段存储管理方式中,每个段都有一个唯一的段名或标识符,通过段名或标识符可以访问该段的地址。

为了实现地址变换,分段存储系统引入了段表的概念,段表是一个数据结构,记录了每个段的起始地址、长度等信息,当程序访问某个段时,系统会通过段表查找该段的起始地址,并根据访问的偏移量计算出实际的内存地址,这样,可以将程序的逻辑地址空间映射到物理地址空间,实现地址变换。

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,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。

下图示出了分段系统的地址变换过程。

![](此处应有图片)

信息共享

分段系统的一大优点是易于实现段的共享,即允许若干个进程共享一个或多个分段,且对段的保护也十分简单易行,在分页系统中,虽然也可以实现程序和数据的共享,但远不如分段系统方便,我们通过一个例子来说明这个问题,有一个多用户系统,可同时接纳40个用户,他们都执行一个文本编辑程序(Text Editor),如果文本编辑程序有160 KB的代码和另外40 KB的数据区,则总共需有 8 MB的内存空间来支持40个用户,如果160 KB的代码是可重入的(Reentrant),则无论是在分页系统还是在分段系统中,该代码都能被共享,在内存中只需保留一份文本编辑程序的副本,此时所需的内存空间仅为1760 KB(40×40+160),而不是8000 KB。

假设每个页面的大小为4 KB,160 KB的代码将占用40个页面,数据区占10个页面,为实现代码的共享,应在每个进程的页表中都建立40个页表项,它们的物理块号都是21#~60#,在每个进程的页表中,还须为自己的数据区建立页表项,它们的物理块号分别是61#~70#、71#~80#、81#~90#,…,等等,下图是分页系统中共享editor的示意。

![](此处应有图片)

相关问题与解答

问题1: 什么是分段存储管理?

解答: 分段存储管理是一种计算机存储器管理技术,它将程序按照逻辑关系划分为若干个段,每个段都有独立的地址空间,这种管理方式提高了内存利用率,使得程序编写更加方便。

问题2: 分段存储管理有哪些优缺点?

解答: 分段存储管理的优点包括提高内存利用率、方便程序编写、支持动态链接以及易于保护和隔离,它也有缺点,如增加额外的开销和静态划分的限制。

到此,以上就是小编对于“分段存储管理”的问题就介绍到这了,希望介绍的几点解答对大家有用,有任何问题和不懂的,欢迎各位朋友在评论区讨论,给我留言。

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