9、内存管理技术解析：分段、分页与缓存

内存管理技术解析：分段、分页与缓存

1. 分段内存分配

分段内存分配的概念源于程序员将程序按模块结构化的常见做法。在这种分配方式中，每个作业被划分为多个不同大小的段，每个段对应一个包含相关功能代码的模块，例如子程序就是这样的逻辑组之一。

与分页方案不同，分页将作业划分为多个相同大小的页面，每个页面通常包含来自多个程序模块的片段，而分段内存分配旨在减少页面错误，比如因段的循环被分割到两个或更多页面而导致的错误。此外，分段内存分配中主内存不再划分为页框，因为每个段的大小不同，从很小到很大不等，所以内存是动态分配的。

当程序编译或汇编时，会根据程序的结构模块设置段。每个段都有编号，并且为每个作业生成一个段映射表（SMT），其中包含段编号、长度、访问权限、状态以及加载到内存时的内存位置。

为了跟踪内存中的段，内存管理器需要使用三个表：
- 作业表：列出正在处理的每个作业（整个系统一个）。
- 段映射表：列出每个段的详细信息（每个作业一个）。
- 内存映射表：监控主内存的分配情况（整个系统一个）。

要访问段内的特定位置，类似于分页内存管理的操作，需要段号和段内偏移量。由于段的大小不同，必须验证偏移量是否在段的范围内。

分段内存分配的地址是由段号和偏移量组成的二维地址方案。不过，动态分区的分配方案会导致外部碎片问题，因此有时需要对可用内存进行重新紧凑化。

分页和分段有许多相似之处，但主要区别在于概念上：页面是用户程序不可见的物理单位，大小固定；而段是用户程序可见的逻辑单位，大小可变。

2. 分段/按需分页内存分配

分段/按需分页内存分配方案