新第四章存储-段式及段页式.ppt

1,段式与页式管理的比较 段式管理与页式管理的地址变换机构非常相似，但两者有着概念上的根本差别。表现在： (1) 段是信息的逻辑单位，它是根据用户的需要划分的，因此段对用户是可见的；页是信息的物理单位，是为了管理主存的方便而划分的，对用户是透明的。,2,(2) 页的大小固定不变，由系统决定。段的大小是不固定的，它由其完成的功能决定。 (3) 段式向用户提供的是二维地址空间，页式向用户提供的是一维地址空间，其页号和页内偏移是机器硬件的功能。 (4) 由于段是信息的逻辑单位，因此便于存贮保护和信息的共享，页的保护和共享受到限制。,3,一.分段式存储管理的引入,在分页存储系统中，作业的地址空间是一维线性的，这破坏了程序内部天然的逻辑结构,造成共享、保护的困难。引入分段存储管理方式， 主要是为了满足用户和程序员的下述需要： 1) 方便编程 2) 信息共享 3) 信息保护 4) 动态增长 5) 动态链接,4.5 段式与段页式管理,4,0,116,N,5,二 分段系统的基本原理,1.分段地址中的地址具有如下结构：,31 16 15 0,作业的逻辑地址空间：分段情况下要求每个作业的地址空间按照程序的自然逻辑关系分成若干段，每个段有自己的段名。,6,2.段表,它记录了段号，段的首（地）址和长度之间的关系 每一个程序设置一个段表，放在内存,属于进程的现场信息,7,操作系统,分段管理中作业i与段表、存储空间的关系,8,系统设置一对寄存器 段表始址寄存器： 用于保存正在运行进程的段表的始址 段表长度寄存器： 用于保存正在运行进程的段表的长度（例如上图的段表长度为3）,3.硬件支持,9,三.段式动态地址变换 段式动态地址变换与页式管理基本相同，在作业运行时，由系统将该作业的段表始址和段表长度送入控制寄存器中。当作业访问某段(x)时，其逻辑地址(x，W)中的段号S先与控制寄存器的段表长度相比较，若x段表长度，则产生段号越界中断，停止作业运行。否则将段号S与控制寄存器的段表始址相加，形成访问段表的主存地址。下图给出了段的动态地址变换过程。,10,地址变换机构,图 分段系统的地址变换过程,11,Cl,Cb,+,段号S 段内地址d,比较,比较,b + d,段表,S= Cl,快表,物理地址,段表始址寄存器,段表长度寄存器,逻辑地址,l,b,.,.,.,S,l,b,地址越界,d=1,d=1,地址映射及存储保护机制,地址越界,地址越界,比较,12,分页和分段的主要区别,(1) 页是信息的物理单位，段则是信息的逻辑单位 (2) 页的大小固定且由系统决定，而段的长度却不固定 (3) 分页的作业地址空间是一维的，即单一的线性地址空间，分段的作业地址空间则是二维的,13,四.段的共享与保护 在多道程序系统中，尤其在分时系统中，数据共享是很重要的，在分段系统中，个共享进程应能访问被共享的段，所以共享的方法式使这些共享用户的逻辑空间中的段指向相同的段号，在共享中必须小心处理的一个问题是共享段的保护问题。,14,信息共享,分页系统中共享editor的示意图,15,分段系统中共享editor的示意图,16,（一）.请求分段使用的表,扩充段表（每个作业一个） 现行分段表（整个系统一个） 现行调用表（整个系统一个）,五.请求分段存储管理,17,1.扩充段表,段号 段长 段始址 存取控制 中断位 访问位 改变位 扩充位 辅存地址 中断位：表示该页在不主存 访问位：表示该页最近是否被访问过 改变位：表示该页内容是否被修改 扩充位（固定长/可扩充 ）,18,2.现行分段表,记录共享段的状态，包括：当前段是否在主存，该段在主存的始址，共享的作业数，每个作业名，作业号以及在该作业中的段号、允许的存取方式等。每个允许被共享的段，当其调入主存时，均在此表上登记。当一共享作业退出系统后，则应将共享本段作业数减并将相应的表目改为“可用”。若共享作业数为，则请求系统回收相应的存储空间。,19,现行分段表,20,3.现行调用表,实现各分段之间有效的、一致的动态连接。在动态连接过程中调入一分段时，在表中登记段名、访问的入口点、段名及段内地址，系统为之分配一个段号。,21,检查内存中是否有足够的空闲空间 若有，则装入该段，修改有关数据结构，中断返回 若没有，检查内存中空闲区的总和是否满足要求，是则应采用紧缩技术，转 ；否则，淘汰一（些）段，转,（二） 缺段中断处理,22,缺段中断段扩充处理流程,23,分段与分页的区别,24,分段管理的优缺点,优点： 便于动态申请内存 管理和使用统一化 便于共享 便于动态链接 缺点：产生碎片 思考：与可变分区存储管理方案的相同点与不同点？,25,4.5.4 段页式管理的基本思想 分段结构具有逻辑上清晰的优点，但它的一个致命弱点是每个段必须占据主存储器的连续区域，于是，要装入一个分段时可能要移动已在主存储器中的信息，为了克服这个缺点，可兼用分段和分页的方法，构成段页式存储管理。每个作业仍按逻辑分段，但对每一段不是按单一的连续整体存放到存储器中，而是把每个段再分成若干个页面，每一段不必占据连续的主存空间，可把它按页存放在不连续的主存块中。,26,4.5.5 段页式管理的实现原理 1 虚地址的构成 一个进程中所包含的具有独立逻辑功能的程序和数据仍被划分为段，并有各自的段号S。把段划成若干个页，和页式系统一样。,段号,页号,页内地址,27,2 段表和页表 在段页式系统中,每个分段又被分成若干个固定大小的页面，那么每个段又必须建立一张页表把段中的虚页变换成内存中的实际页面。显然，与页式管理时相同，页表中也要有相应的实现缺页中断处理和页面保护等功能表项。 每个段有一个页表，段表中应有专项指出该段所对应页表的页表始址和页表长度。 （P134图5.33）,28,段表长度 起始地址,段表地址寄存器,3.段表、页表与内存关系,29,段表地址寄存器,段表长度 起始地址,s p d,物理地址,P+d,p,虚拟地址,联想存储器,段页式地址变换,段表,S段的页表,30,（注：在段页式系统中，为了获取一条指令或数据，需三次访问内存。第一次访问，是访问内存中的段表，从中取得页表始址，第二次访问，是访问内存中的页表，从中取得物理块号，并将该块号与页内地址一起形成指令或数据的物理地址；第三次访问，才是真正从第二次访问的地址中，取得指令和数据。）,31,动态地址变换过程:(如何将二维虚地址映射成一维实地址，为了实现动态地址变换)。 段页式系统必须为每个作业建立一张段表，段表表目中的地址部分指出该段的页表在主存的始址。 为每个段建立一张页表，每个表目指示该页所在主存的页面号。 每个作业有一个段表地址寄存器，指示它的段表所在位置和段表长度。 设置快速联想寄存器，存放当前最常用的段号S，页号P和对应的内存页面与其它控制用栏目。 查找方法:如果所访问的段或页在快速联想寄存器中，则系统不再访问内存中的段表、页表。把快速联想寄存器中的值与页内相对地址D拼接得到内存地址。若快速联想寄存器中没有，才去通过段表、页表进行内存地址查找。,32,本章小结,33,34,外存、内 存统一管 理的虚存,35,局部性原理和抖动问题,局部性原理: 在几乎所有的程序的执