第4章 存储管理 第7课时 段页式存储管理《操作系统原理课件（第2版）》 同步教学（电子工业出版社）

操作系统原理(第2版） 4.6.1 段页式存储管理的基本原理 结合了分段存储管理和分页存储管理的优点，在为程序分配内存空间时，采用的是“各段之间按分段存储管理进行，每个段的内部则按分页存储管理进行分配”。 首先根据程序自身的逻辑结构，运用分段存储管理的思想把程序的逻辑地址空间划分为若干个段，每个段有各自的段名或段号；然后，再运用分页存储管理的思想，在每个段内按固定大小将该段划分为不同的页，每个段内的所有页从0开始依次编号。内存空间也划分成与页大小相等的物理块，并对内存中所有物理块从0开始依次编号。在为程序分配内存空间时，允许以页为单位一次性将一个程序中每个段的所有页装入内存中若干不相邻的物理块中。 4.6 段页式存储管理 段页式存储管理的基本原理 1. 逻辑地址结构 假定逻辑地址长度为32位，若段号占8位，段内页号占12位，页内地址占12位，则一个程序最多允许有256（28）个段，每段最多允许4096（212）个页，每页的大小为4KB（212）。 2. 数据结构 （1）段表。系统为每个程序建立一张段表，程序的每个段在段表中有一个段表项。 （2）页表。系统为程序中的每一个段都建立一张页表，一个段中的每个页在该段的页表中都有一个页表项。 4.6.2 段页式存储管理的地址转换与特点 1. 地址转换 硬件地址转换机构首先将逻辑地址中的段号与段表控制寄存器中的段表长度（程序中允许的最大段号）进行比较，若段号大于段表长度，则产生段越界中断；否则未越界，这时将段表控制寄存器中的段表始址和逻辑地址中的段号（表示段表项的相对位移）相加，获得该段号所对应的段表项在段表中的位置，找到该段表项后，从中获得该段的页表在内存中存放的起始地址（页表始址）和页表长度。若逻辑地址中的段内页号（页号）大于该段表项中的页表长度（该段所允许的最大页号），则产生页越界中断；否则，将该段表项中的页表始址和逻辑地址中的段内页号（页表项的相对位移）相加，获得该段的页表中该页号（段内页号）对应的页表项位置，并从此页表项中获得该页号所映射的内存物理块号，最后将此物理块号和逻辑地址中的页内地址拼接（由物理块号替换逻辑地址中的段内页号而页内地址不变），形成要访问的内存物理地址。 4.6 段页式存储管理 段页式存储管理的地址转换与特点 段页式存储管理的地址转换过程 段页式存储管理的地址转换与特点 注意： 对段页式存储管理而言，要完成对内存中某个数据的访问，至少要访问内存三次：第一次访问内存是根据段表控制寄存器中的段表始址与逻辑地址中的段号（段表项的相对位移）之和在内存中查找程序的段表，找到该段号对应的段表项，并在此段表项中找到该段号所对应的页表在内存中的起始地址（页表始址）；第二次访问内存是根据页表始址与逻辑地址中的段内页号之和到内存中访问页表，找到对应的页表项，并从此页表项中找到该页号（段内页号）映射的物理块号，并将该物理块号与逻辑地址中的页内地址拼接，形成要访问的内存物理地址；第三次才是根据这个内存物理地址去访问该地址中存放的数据。显然，内存访问次数的增加会使计算机的运行速度受到很大的影响。 段页式存储管理的地址转换与特点 例：下图给出了一种段页式管理配置方案，一页的大小为1KB，根据地址转换过程，求出逻辑地址所对应的物理地址。 14×1024+237=14573 段页式存储管理的地址转换与特点 2. 段页式存储管理的优缺点 优点： （1）因为以页为单位分配内存所以无紧凑问题，也不存在外部碎片。 （2）便于处理变化的数据结构，段可以动态增长。 （3）便于共享，只需将程序的段表中相应表项指向该共享段在内存中的页表始址即可。 （4）因具有段的特点，所以便于提供动态链接。 （5）因具有段的特点，所以便于控制存取访问。 段页式存储管理的地址转换与特点 2. 段页式存储管理的优缺点 缺点： （1）增加了硬件成本，需要更多的硬件支持。 （2）增加了系统开销和软件复杂性，如地址重定位过程需多次访问内存。 （3）空间浪费比分页管理多，程序各段的最后一页都有可能浪费一部分空间（仍然存在内部碎片），另外段表和页表所占的空间都比分页管理和分段管理多。 问题的提出： 前面介绍的各种存储管理方式都有一个共同的特点，即程序运行时必须先将该程序和数据一次性全部装入内存。当程序和数据的大小超出内存可用空间大小时，就无法装入内存，即该程序不能运行。此外，也存在着多个程序（进程）需要并发运行，却因内存容量不足只能装入部分程序投入运行，而未装入的其他程序只好驻留在外存等待的情况。为了解决内存不足的问题，可从物理上增加内存容量，但由