【愚公系列】软考中级-软件设计师 029-操作系统（段式存储和段页式存储）

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🚀前言

操作系统的存储管理是指操作系统对计算机内存的管理和分配。内存是计算机中用于存储程序和数据的部分，因此它的管理对于计算机的运行和性能至关重要。

操作系统的存储管理可以进行以下几个方面的工作：

1.内存分配：操作系统负责将可用的内存空间划分给正在运行的程序。常用的内存分配方法有分区分配和页式分配两种。在分区分配中，内存被划分为多个固定大小的分区，每个分区用于存储一个程序。在页式分配中，内存被划分为固定大小的页框，程序被划分为多个页，每个页可以被放置到不同的页框中。

2.内存保护：操作系统通过内存保护机制，防止程序越界访问其他程序或操作系统的内存空间。常用的内存保护方法有内存分段和内存分页两种。

3.内存回收：当一个程序完成运行或者被终止时，操作系统需要回收该程序占用的内存空间。回收内存的方法有释放分区和清除页框两种。

4.内存交换：当内存不足时，操作系统可以将部分不常用的程序或数据交换到磁盘上，以释放出更多的内存空间。这个过程称为内存交换。

5.虚拟内存：操作系统可以使用虚拟内存技术来扩展计算机的内存容量。虚拟内存将磁盘空间作为辅助存储器，将部分程序和数据存储在磁盘上，提供了比实际物理内存更大的地址空间。

🚀一、段式存储和段页式存储

🔎1.段式存储

段式存储是操作系统中的一种存储管理技术，它将程序的逻辑地址空间划分为多个不同大小的段，每个段包含了一组相关的逻辑地址。段式存储的主要目的是提供更灵活的内存分配和管理方式，以满足不同程序的需求。

在段式存储中，每个段都有自己的基址和长度信息。逻辑地址由两部分组成：段号和段内偏移量。段号用于标识所在的段，而段内偏移量用于表示在该段内的偏移位置。

段式存储的优点是：

1. 灵活性：可以根据程序的需要划分不同大小的段，从而更好地适应各种程序的内存需求。
2. 安全性：通过段的保护机制，可以限制程序对其他段的访问，从而提高系统的安全性。
3. 共享性：可以实现段的共享，多个程序可以共享同一个段，减少内存占用。

然而，段式存储也存在一些问题：

1. 内碎片：由于段的大小不一致，可能会导致某些段内部存在未被充分利用的空间，从而产生内碎片。
2. 外碎片：由于段的分配和释放是离散进行的，可能会导致内存中存在大量不连续的空闲空间，从而产生外碎片。

🔎2.段页式存储

段页式存储是一种结合了段式存储和页式存储的存储管理方式，主要用于操作系统的存储管理。

在段页式存储中，内存被划分为若干个大小不等的段（Segment），每个段是一个逻辑上相关的程序或数据单元。而每个段又被划分为若干个大小相等的页（Page），每个页的大小是固定的。段和页都有一个唯一的标识符（Segment ID和Page ID），用于访问和管理。

段页式存储通过段表（Segment Table）和页表（Page Table）来实现地址映射。段表中存储了每个段的基地址（Base Address）和段限长（Segment Length），而页表中存储了每个页的物理地址（Physical Address）。在进行地址转换时，首先根据段表找到对应的段的基地址，然后再根据页表找到对应的页的物理地址。

段页式存储的优点是可以更好地管理和保护程序和数据，同时也更灵活地分配和共享内存。它可以将整个程序或数据分为多个段，每个段都可以有不同的访问权限和保护级别。同时，页式存储可以将每个段分为多个页，实现了分页和虚拟内存的管理，可以更高效地利用内存空间。

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