分页分段和分段分页

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分页分段和分段分页是操作系统用来管理计算机内存分配和地址转换的两种方法。

分页分段是一种混合内存管理方案，它结合了分段和分页。内存被划分为不同大小的段，这些段又被进一步划分为固定大小的页。段表跟踪段的位置和大小，而页表跟踪页的位置和相应的物理地址。当程序请求内存时，操作系统会分配所需大小的段并将其划分为页。

分页分段的重要方面

• 现代操作系统使用一种称为分页分段的技术来管理计算机系统的内存。这是一种将计算机主内存分割成固定大小的页并使用表管理逻辑地址和物理位置之间映射的技术。

• 页大小根据硬件平台和操作系统而有所不同，但通常为 4KB 或 8KB。

• 操作系统通过页表跟踪逻辑地址和物理地址之间的映射关系。当程序尝试访问当前不在主内存中的页时，操作系统必须从辅助存储器（例如硬盘）中获取该页并将其加载到主内存中。此过程称为页面切换或分页。

• 分页分段使得虚拟内存的使用成为可能，虚拟内存是一种允许程序访问比系统实际可用内存更多的内存的技术。当主内存已满且需要加载新页面时，操作系统必须首先通过逐出主内存中的一个页面来腾出空间。

• 页面置换算法根据多个因素选择要移除哪个页面，包括页面的大小、年龄和访问频率。

• 总的来说，分页分段是控制计算机系统内存的有效方法，因为它允许有效利用内存和使用虚拟内存。

分页分段的优缺点

分页分段是一种内存管理策略，它将分段与分页相结合。分页分段将内存划分为可变大小的段，然后将每个段进一步划分为固定大小的页。以下是分页分段的一些优点和缺点。

优点

由于分页分段将内存划分为固定大小的页和不同大小的段，因此可以更有效地利用内存。此技术通过允许可变大小的段提供了内存管理的灵活性，从而实现了更好的内存管理。分页分段还允许在主内存和辅助存储器之间进行页面切换，以实现更好的内存管理，并提供页面级安全性以防止对内存的未授权访问。由于它也比纯分段更容易实现，因此它是现代操作系统的流行选择。

缺点

当需要不是页面大小的精确倍数的内存时，系统会为进程分配一个完整的页面，从而浪费 RAM。这种浪费的内存称为内部碎片。分页分段使得内存管理系统变得更加复杂。与其他内存管理策略（如纯分段或纯分页）相比，同时管理段和页需要使用更复杂的算法和数据结构。由于系统必须更新每个进程在内存中切换进出时的页表，因此分页分段可能会导致更长的上下文切换时间。当没有足够的物理内存来容纳进程所需的所有页面时，系统必须将一些页面移进移出辅助存储器，这会导致外部碎片。

分页分段总体上提供了优势，但它也有一些缺点，在为操作系统创建内存管理系统时应充分考虑这些缺点。

什么是分段分页？

分段分页是一种内存管理策略，它将分段与分页相结合。内存最初被划分为固定大小的页，然后被进一步划分为不同大小的段。段表跟踪段的位置和相关的物理地址，而页表跟踪页的位置和大小。当程序请求内存时，操作系统会分配所需大小的页并将其划分为段。

分段分页的重要方面

• 分段分页是一种内存管理策略，它结合了分段和分页的优点，以便在现代计算机操作系统中有效管理内存。

• 它将进程的逻辑地址空间划分为不同宽度的段，并将每个页面分配到物理内存中的相应页面帧。

• 页表用于将逻辑地址转换为物理地址，并提供针对未授权访问的粒度内存安全。

• 通过以短的可变大小的段分配内存，分段分页可以优化可用内存的使用并防止碎片，从而实现有效的内存管理。

分段分页的优缺点

优点

操作系统使用分段分页作为一种内存管理技术来控制分配给活动程序的内存量。该系统将程序的逻辑地址空间划分为段，然后将每个段进一步划分为固定大小的页。以下是分段分页的一些优点：

灵活性

与纯分页相比，分段分页在控制内存分配方面提供了更大的灵活性。在分段分页中，每个程序可以由多个段组成，每个段的大小可以不同。这减少了浪费，并实现了更有效的内存资源利用。

保护

分段分页保护每个程序的内存免受损坏。每个段可以有自己的访问控制和安全级别，以防止未经授权的访问和修改。

内存共享

分段分页允许应用程序之间共享内存。多个程序能够共享一个段，这可以帮助减少冗余并释放内存。分段分页允许动态内存分配，这使得可以根据需要分配和释放内存，并实现更有效的内存资源利用。

虚拟内存

分段分页通常用于虚拟内存系统，允许操作系统使用比设备物理内存可以容纳的更多的内存。为此，一些不太常用的数据和代码临时存储在硬盘上，只有在需要时才加载到内存中。

缺点

分段分页是一种将分段和分页的优点结合起来的内存管理策略。它有一些优点，但也有一些缺点。以下是分段分页的一些缺点：

碎片

内存碎片是分段分页的一个潜在副作用。由于段大小可能不同，段之间可能会出现空闲空间，从而导致内存碎片。

复杂的地址转换

与纯分页或纯分段相比，分段分页需要更复杂的地址转换技术。逻辑地址必须首先转换为段号和段内的偏移量，然后段号必须转换为物理地址。

开销

分段分页需要额外的硬件和软件开销来维护页表和段表。这可能会导致性能下降，并增加系统开销。

有限的地址空间

分段分页也可能限制进程可以访问的地址空间量。段表的大小决定了段的最大大小，这可能会限制可以访问的内存总量。

结论

分段分页策略和分页分段策略都是复杂的内存管理策略，需要大量的硬件支持才能有效运行。由于现代操作系统提供的有效且灵活的内存管理，多个程序可以同时在计算机系统上运行，这是由于有效且灵活的内存管理方法。