内存分段和分页的区别

时间:2022-12-29 08:27:20

分段和分页其实都是一种对地址的划分或者映射的方式。

两者的区别主要有以下几点:

a)页是信息的物理单位,分页是为实现离散分配方式,以消减内存的外零头,提高内存的利用率;或者说,分页仅仅是由于系统管理的需要,而不是用户的需要(也是对用户透明的)。段是信息的逻辑单位,它含有一组其意义相对完整的信息(比如数据段、代码段和堆栈段等)。分段的目的是为了能更好的满足用户的需要(用户也是可以使用的)。

b)页的大小固定且由系统确定,把逻辑地址划分为页号和页内地址两部分,是由机器硬件实现的,因而一个系统只能有一种大小的页面。段的长度却不固定,决定于用户所编写的程序,通常由编辑程序在对源程序进行编辑时,根据信息的性质来划分。

c)分页的作业地址空间是一维的,即单一的线性空间,程序员只须利用一个记忆符(线性地址的16进制表示),即可表示一地址。分段的作业地址空间是二维的,程序员在标识一个地址时,既需给出段名(比如数据段、代码段和堆栈段等),又需给出段内地址。

d)页和段都有存储保护机制。但存取权限不同:段有读、写和执行三种权限;而页只有读和写两种权限。


 

1.分段机制
80386的两种工作模式
  80386的工作模式包括实地址模式和虚地址模式(保护模式)。Linux主要工作在保护模式下。

分段机制
  在保护模式下,80386虚地址空间可达16K个段,每段大小可变,最大达4GB。
  从逻辑地址到线性地址的转换由80386分段机制管理。段寄存器CS、DS、ES、SS、FS或GS标识一个段。这些段寄存器作为段选择器,用来选择该段的描述符。

分段逻辑地址到线性地址转换图

内存分段和分页的区别
图9_7 分段逻辑地址到线性地址转换图


2. 分页机制
分页机制的作用
  分页机制是在段机制之后进行的,它进一步将线性地址转换为物理地址。
  80386使用4K字节大小的页,且每页的起始地址都被4K整除。因此,80386把4GB字节线性地址空间划分为1M个页面,采用了两级表结构。
两级页表
  两级表的第一级表称为页目录,存储在一个4K字节的页中,页目录表共有1K个表项,每个表项为4个字节,线性地址最高的10位(22-31)用来产生第一级表索引,由该索引得到的表项中的内容定位了二级表中的一个表的地址,即下级页表所在的内存块号。


第二级表称为页表,存储在一个4K字节页中,它包含了1K字节的表项,每个表项包含了一个页的物理地址。二级页表由线性地址的中间10位(12-21)位进行索引,定位页表表项,获得页的物理地址。页物理地址的高20位与线性地址的低12位形成最后的物理地址。

利用两级页表转换地址

内存分段和分页的区别

图9_8 利用两级页表转换地址



3. 内核空间和用户空间
用户空间
  在Linux中,每个用户进程都可以访问4GB的线性虚拟内存空间。其中从0到3GB的虚存地址是用户空间,用户进程可以直接访问。
内核空间
  从3GB到4GB的虚存地址为内核态空间,存放供内核访问的代码和数据,用户态进程不能访问。所有进程从3GB到4GB的虚拟空间都是一样的,linux以此方式让内核态进程共享代码段和数据段。