操作系统：段式与虚存管理详解

“操作系统课件：Lecture11 段式存储管理与虚存.ppt” 在操作系统中，存储管理是至关重要的一个部分，它确保了程序的有效运行和内存资源的高效利用。本课件主要关注的是段式存储管理和虚拟内存的概念。 段式存储管理是一种内存组织方式，它的设计目标是满足用户程序的逻辑结构需求。在段式管理中，程序被分割成逻辑上相关的段，如程序代码、数据和堆栈等。每个段都有自己的名字和长度，逻辑地址由段号和段内偏移量组成，例如(S,d)，其中S代表段号，d表示在该段内的偏移。这种地址形式更符合用户的编程思维。 在实际操作中，系统会维护一个段表，其中包含每个段的起始地址、长度以及可能的保护码，用于权限控制。段表通常存储在内存的系统区域，并且在进程的程序控制块（PCB）中保存段表的起始地址和长度。地址转换时，处理器会使用段表寄存器来查找相应的段表，然后通过段号找到对应的段表项，再结合段内偏移量计算出物理地址。如果段号超出范围或段内偏移超过段长，就会发生越界错误。 段式存储管理的优点包括： 1. 没有内碎片，因为内存分配是按需进行的，每个段都能占用连续的内存空间。 2. 便于实现共享，多个进程可以共享同一段，如共享库或全局变量。 3. 相较于页式管理，段式管理具有更好的逻辑性，因为段是根据程序逻辑划分的。 然而，段式管理也有其缺点，如可能存在外碎片，虽然可以通过内存紧致来缓解，但这个过程代价较高。此外，如果段数量过多，段表可能会变得很长，影响地址转换速度。 虚拟内存（虚存）是一种内存管理技术，它允许程序使用比实际物理内存更大的地址空间。虚存通过将部分程序和数据暂时交换到磁盘上的交换文件，使得进程能够访问超出实际内存容量的数据。在地址转换过程中，操作系统会负责处理页或段的在内存和磁盘之间的移动，提供给进程一个连续的、逻辑上的内存视图。 在段页式存储管理中，段式管理和页式管理相结合，兼顾了两者的优点。程序被划分为逻辑上的段，而每个段又进一步被划分为固定大小的页。逻辑地址由段号、页号和页内偏移组成，如(S,P,W)。这种方式对用户来说透明，但对内存管理而言，它增加了额外的层次，即段表和页表。段页式管理能够支持更大的地址空间，并且允许更细粒度的内存共享和更好的存储扩充能力。 总结起来，段式存储管理强调逻辑结构，易于共享，但可能有外碎片问题；虚拟内存则提供了更大的地址空间和存储效率，而段页式管理结合了两者的优点，实现了更灵活的内存管理。这些概念在现代操作系统中至关重要，为多任务环境下的高效内存分配和程序执行奠定了基础。