【操作系统】段式存储中逻辑地址转物理地址详细分析

前言

此题在考研408或者软考中都很常见

段式存储(Segmented Memory) 是一种计算机操作系统中的存储管理方式，它将物理内存划分为不同的段（segments），每个段具有不同的大小和属性。每个段可以用来存储不同类型的数据或程序，这种方式有助于提高内存的管理和保护。

下面是段式存储的一些关键概念和特点：

段（Segment）：物理内存被划分为不同的段，每个段有唯一的标识符（段名或段号），并且可以具有不同的大小。每个段通常用于存储不同类型的数据或程序。
段描述符（Segment Descriptor）：每个段都有一个相应的段描述符，这个描述符包含了有关段的信息，如段的起始地址、长度、访问权限等。操作系统使用这些描述符来管理和控制段的访问。
段选择子（Segment Selector）：在实际的内存访问中，程序使用段选择子来标识要访问的段。段选择子包括段号和偏移量，用于计算访问物理内存中的具体位置。
段保护（Segment Protection）：每个段可以具有不同的访问权限，例如读取、写入、执行等。这有助于操作系统实施存储保护，以防止程序访问未授权的内存区域。

概念	优点	缺点
段式存储	1.更灵活的内存管理：允许不同大小和类型的段，有助于更好地适应不同的应用程序需求。 2.存储保护：可以实现不同级别的内存保护，以增加系统的稳定性和安全性。 3.更容易的共享和分离：不同程序或模块可以拥有自己的段，从而更容易进行内存共享或分离。	1.内存碎片：由于不同大小的段，可能会导致内存碎片化，降低内存利用率。 2.复杂性：管理多个段和描述符增加了内核的复杂性。

段式存储通常与其他内存管理技术，如分页式存储结合使用，以更好地满足不同应用的需求。这种混合内存管理方式被称为分段分页式内存管理，它克服了段式内存管理的一些限制，同时提供了更好的内存管理和保护。

具体操作流程：

当程序需要访问内存中的数据时，它首先会提供一个段选择子，这个选择子用于标识要访问的段。然后，操作系统会使用这个段选择子来查找段表，找到对应的段描述符。从段描述符中可以获取以下信息：

至于访问内存的次数，这取决于程序的具体操作。在段式存储中，程序需要执行以下操作：

所以，通常在段式存储中，访问内存需要至少两次内存访问（一次用于获取段描述符，一次用于实际的数据访问）。然而，这只是一个一般性的概念，实际情况可能因操作系统和硬件架构的细节而有所不同。

逻辑地址到物理地址的转换是操作系统内存管理的核心任务。在段式存储和分页式存储这两种不同的内存管理方案中，逻辑地址转换物理地址的基本流程和注意事项略有不同。

一、分段式存储的逻辑地址转换：
基本流程：

注意事项：

二、分页式存储的逻辑地址转换：
基本流程：

注意事项：

页表管理：操作系统需要维护页表，以跟踪逻辑页号到物理页框号的映射关系。这涉及到页表的创建、维护、清除等操作。
页故障：如果要访问的页不在内存中，将引发页故障，需要执行页面置换或从磁盘加载页面等操作。
页大小问题：页的大小对内存管理和性能有重要影响。较小的页可以减少内部碎片，但可能导致更多的页表项；较大的页可能导致更多的外部碎片，但减少页表项。页大小的选择需要仔细权衡。

不管是分段式存储还是分页式存储，逻辑地址到物理地址的转换是操作系统核心功能之一。这个过程需要确保内存访问的合法性、提供隔离性、确保数据完整性，同时也需要优化性能以减少地址转换的开销。

假设系统采用段式存储管理方法，进程P的段表如下所示：

以下逻辑地址不能转换为物理地址的是：

A. （0,790）和（2,88）

B.（1,30）和（3,290）

C.（2,88）和（4，98）
D. （0,810）和（4,120）

解析：

给定段地址（X，Y），X为段号，Y为段内地址

根据X段号，查询段长，