3.1_10 段页式管理方式-编程知识

3.1_10 段页式管理方式

（一）分页、分段的优缺点分析

基于分页、分段的优缺点，人们想出了将分页、分段结合，就产生了段页式管理。段页式管理具备了分页、分段各自的优点。

（二）分段+分页=段页式管理

将进程按逻辑模块分段，再将各段分页（如每个页面4KB）。

再将内存空间分为大小相同的内存块/页框/页帧/物理块。

（三）段页式管理的逻辑地址结构

分段系统的逻辑地址结构由段号和段内地址（段内偏移量）组成。如：

对于段页式管理，我们知道，一个进程在被分段之后，还会被再次分页。

段页式系统的逻辑地址结构由段号、页号、页内地址（页内偏移量）组成。如：

此处的“页号+页内偏移量”其实就是分段管理当中的“段内地址”。是对“段内地址”进行再拆分的一次结果。

段号的位数决定了每个进程最多可以分几个段。

页号位数决定了每个段最大有多少页。

页内偏移量决定了页面大小、内存块大小是多少。

在上述例子中，若系统是按字节寻址的，则

段号占16位，因此在该系统中，每个进程最多有 $2^{16}=64K$ 个段。

页号占4位，因此每个段最多有 $2^4=16$ 页。

页内偏移量占12位，因此每个页面大小（也即每个内存块大小）为 $2^{12}=4096=4KB$ 。

在段页式存储当中，“分段”对用户是可见的，程序员编程时需要显式地给出段号、段内地址。而将各段“分页”对用户是不可见的。系统会根据段内地址自动划分页号和页内偏移量。——即，对于用户来说，他只需向系统提供：段号、段内地址。

因此段页式管理的地址结构是二维的。

与之相应的，段式管理的地址结构也是二维的；页式管理的地址结构是一维的。

提示：在分页存储管理（页式管理）的系统中，只要确定了每个页面的大小，逻辑地址结构就确定了。因此，页式管理中地址是一维的。即，只要给出一个逻辑地址，系统就可以自动地算出页号、页内偏移量两个部分，并不需要显式地告诉系统这个逻辑地址中，页内偏移量占多少位。

（四）段表、页表

进程当中的各个段会分别对应段表当中的一个段表项。

由于内存块号的大小是固定的，因此，通过查询段表项，找到页表存放的块号，就能找到页表存放的地址。

如上图，我们要查找0号段的段表项，可知0号段的页表存放在内存中的1号块的位置。从而就可以从内存当中读出0号段对应的页表信息。

此外，由于0号段大小是7KB，而每个页面的大小是4KB，所以它会被分成两个页面。相应地，这两个页面就会依次对应0号段的页表当中的两个页表项。每一个页表项记录了每一个页面对应的内存块号是多少。

每个段表项由段号、页表长度、页表存放块号（页表起始地址）组成。每个段表项长度相等，段号是隐含的。

每个页面对应一个页表项，每个页表项由页号、页面存放的内存块号组成。每个页表项长度相等，页号是隐含的。

在段页式管理中，段表的结构，与段式管理中的段表是不一样的。段式管理当中的段表记录的是(段号, 段的长度, 段的起始地址)；而段页式管理当中的段表记录的是(段号, 页表长度, 页表存放块号)。而对于页表而言，段页式管理、分页管理的页表结构基本上一样，都是记录页号到物理块号的映射关系。

此外，无论是段表还是页表，由于每个段表项/页表项的大小是相等的，因此无论是段号、页号，都是隐含的。

一个进程会对应一个段表，但是一个进程有可能会对应多个页表。

（五）地址转换

首先，系统当中也会有一个“段表寄存器”的硬件。在进程上处理机运行之前，会从PCB当中读出段表始址F和段表长度M。

第一步，根据逻辑地址得到段号、页号、页内偏移量。

第二步，要把段号和段表长度进行对比，检查是否越界。

第三步，根据段表始址、段号，从而计算出这个段号对应的段表项在内存当中的存放位置。就找到了我们想要找的段表项。

第四步，需要注意的是，由于各个段的长度是不一样的，所以各个段在分页之后，可能分为数量不等的不同页面。（比如有的段长一些，就会分为2个页面；有的段短一点，只需1个页面）因此，这个地方我们也需要对页号的合法性进行检查，看看页号是否越界。——总之，通过段表项，我们读出了这个段对应的页表，存放在内存块的哪个位置，从而读出该页表。

第五步，已知这个段对应的页表信息，以及页号是多少，就可以找到相应的页表项，从而找到这个页面对应的内存块号，再结合页内偏移量，即可得知最终的物理地址。

因此，在段页式存储管理当中，进行逻辑地址的转换，总共需要三次访存。

第一次访存——访问内存当中的段表；

第二次访存——访问内存当中的页表；

第三次访存——访问最终的目标内存单元。