分段式存储管理原理是一种计算机存储管理技术,它将程序划分为多个逻辑段,每个段都有自己的地址空间,以下是关于分段式存储管理原理的详细介绍:
一、分段存储管理方式的引入
分段存储管理方式的引入主要是为了满足用户和程序员在编程和使用上的多方面需求,如方便编程、信息共享、信息保护、动态增长和动态链接等,这些需求是其他存储管理方式难以满足的。
二、分段系统的基本原理
1、作业划分: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,如主程序段MAIN、子程序段X、数据段D及栈段S等,每个段都有自己的名字,通常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。
2、逻辑地址结构:由于整个作业的地址空间被分成多个段,因此逻辑地址是二维的,由段号(段名)和段内地址(段内偏移量)所组成,这种二维地址结构使得用户更容易理解和操作。
3、段表:为了实现从逻辑地址到物理地址的映射,系统中为每个进程建立了一张段映射表,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,段表可以存放在一组寄存器中以提高地址转换速度,但更常见的是将段表放在内存中。
4、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,系统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进行比较以判断是否越界;若未越界,则根据段表的始址和段号计算出该段对应段表项的位置,从中读出该段在内存中的起始地址,并检查段内地址d是否超过该段的段长SL;若未越界,则将该段的基址与段内地址相加得到要访问的内存物理地址。
三、分段存储管理的优点
1、信息共享:由于段是信息的逻辑单位,因此更容易实现信息的共享和保护,可以限制某个段的使用权限以防止未经授权的访问。
2、信息保护:分段管理方式能更有效和方便地实现信息保护功能。
3、动态增长:分段存储管理方式可以更好地适应某些段(特别是数据段)在使用过程中不断增长的需求。
4、动态链接:分段存储管理方式可以实现动态链接,即在作业运行之前并不把几个目标程序段链接起来,而是在运行时根据需要调入内存并进行链接。
四、分段页式存储管理方式
分段页式存储管理方式是分段存储管理和分页存储管理的结合,它既具有分段系统的便于实现段的共享、保护、动态链接和动态增长等优点,又能享受分页系统中的页的利用率高和碎片少的好处,在段页式系统中,为了实现地址变换需要增加一个段表寄存器用来存放段表起始地址和段长,地址变换过程涉及两次查找:先利用段表寄存器中的段表始址和段号找到对应的段表项从而得到页表始址,再利用页表始址和页号找到对应的页表项从而得到物理块号。
五、实际应用
分段式存储管理方式被广泛应用于操作系统和数据库系统中,在Windows和Linux操作系统中都采用了分段式存储管理方式来管理内存,在数据库系统中,分段式存储管理方式可以用于实现数据的管理和保护,在一些高级编程语言中如C、C++等也支持分段存储管理。
六、相关问题与解答栏目
问题1:分段存储管理方式如何实现信息共享?
答案:在分段存储管理方式中,由于段是信息的逻辑单位,因此更容易实现信息的共享,当多个进程需要共享某个段(如代码段或数据段)时,可以在每个进程的段表中为该共享段设置一个段表项,并将该段表项指向共享段在内存中的起始地址和长度,这样,当进程访问共享段时,只需通过段表项即可找到共享段的物理地址并进行访问。
问题2:分段存储管理方式与分页存储管理方式有何区别?
答案:分段存储管理方式与分页存储管理方式的主要区别在于它们对作业地址空间的划分方式不同,分段存储管理方式将作业的地址空间划分为若干个逻辑段,每个段都有自己的名字和长度;而分页存储管理方式则将作业的地址空间划分为大小相等的页面,分段存储管理方式中的逻辑地址是二维的,由段号和段内地址组成;而分页存储管理方式中的逻辑地址是一维的,由页号和页内地址组成,分段存储管理方式更有利于实现信息的共享和保护以及动态链接等功能;而分页存储管理方式则更有利于提高内存的利用率并减少碎片。
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