一、分頁系統的缺點

　　分頁系統存在的一個無法容忍，同時也是分頁系統無法解決的一個缺點就是：一個程序只能佔有一個虛擬地址空間。在此種限制下，一個程式的大小至多隻能和虛擬空間一樣大，其所有內容都必須從這個共同的虛擬空間內分配。

二、分段管理系統

2.1 何為分段管理

　　分段管理就是將一個程式按照邏輯單元分成多個程式段，每一個段使用自己單獨的虛擬地址空間。例如，對於編譯器來說，我們可以給其5個段，佔用5個虛擬地址空間，如下圖所示：

　　如此，一個段佔用一個虛擬地址空間，不會發生空間增長時碰撞到另一個段的問題，從而避免因空間不夠而造成編譯失敗的情況。如果某個資料結構對空間的需求超過整個虛擬之地所能夠提供的空間，則編譯仍將失敗。不過出現這種可能的概率恐怕不會比太陽從西邊出來的概率高出多少。

2.2 分段管理優缺點

　　優點：

　　（1）每個邏輯單元可單獨佔用一個虛擬地址空間，這樣使得編寫程式的空間大為增長。

　　（2）由於段式按邏輯關係劃分，因此共享起來十分方便。

　　（3）對於空間稀疏的程式來說，分段管理將節省大量的空間。

　　缺點：

　　（1）外部碎片和一個段必須全部載入到記憶體。

　　那麼，解決辦法是什麼呢？分頁，不過這次的分頁不是前面提到的直接對程式程序進行分頁，而是對程式裡面的段進行分頁，於是就形成了所謂的段頁式記憶體管理模式。

三、段頁式記憶體管理

3.1 何為段頁式記憶體管理

　　段頁式管理就是將程式分為多個邏輯段，在每個段裡面又進行分頁，即將分段和分頁組合起來使用

　　如果我們將每個段看做一個單獨的程式，則邏輯分段就相當於同時載入多個程式。

3.2 段頁式記憶體管理的實現

　　採用多級頁表，頂級為段表，次級為頁表。由段號在段表裡面獲得所應該使用的頁表，然後在該頁表裡面查詢物理頁面號，如下圖所示：

　　如果需要，次級頁表又可以再分為兩個或者多個層次，形成層次更為豐富的段頁式層次結構。

四、記憶體管理的演變

　　（1）一開始，人們根據直覺，將一個程式作為一整段進行管理，從而形成了純粹分段（固定載入地址、固定分割槽、非固定分割槽、交換）管理模式，也稱為基本記憶體管理

　　（2）但是，純粹分段存在重大缺陷（由於此種模式下一個程式只有一段，從而導致記憶體空間增長困難，外部碎片、程式不能超過實體記憶體容量、一個程式必須同時載入到記憶體才能執行等缺點），為了克服這些缺點，引入了頁式記憶體管理模式。

　　（3）顯然，頁式記憶體管理克服了純粹分段的一系列缺點，但又存在共享不方便、一個程式只能在一個徐地址空間增長的問題，為了解決這個問題，引入了邏輯分段。邏輯分段將一個程式按邏輯關係分解為多個段，從而擴大了程式可以使用的虛擬地址空間並解決了共享難的問題。

　　（4）但是，邏輯分段終究還是分段，自然又引入了分段的缺點。而要客服這些缺點，自然又想到了分頁。這樣，人們又引入了段頁式管理模式。

　　因此，記憶體管理模式經歷了從純粹分段到分頁，再到邏輯分段，再到段內分頁的演變過程，如下圖所示：

參考資料

鄒恆明，《作業系統之哲學原理》，機械工業出版社

作者：周旭龍

本文版權歸作者和部落格園共有，歡迎轉載，但未經作者同意必須保留此段宣告，且在文章頁面明顯位置給出原文連結。