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Linux分段系统中的地址映射和基本机制

时间:2020-08-06 11:19:14  来源:  作者:

在分段系统中,用户可用二维地址表示程序中的对象,但实际的物理内存仍是一维的字节序列。为此,必须借助段表把用户定义的二维地址映射成一维物理地址。

段地址转换与分页地址转换的过程基本相同,其过程如图所示

Linux操作系统:分段系统中的地址映射和基本机制

 

(1)CPU计算出来的有效地址分为两部分:段号s和段内地址d。

(2)系统将该进程段表地址寄存器中的内容B(表示段表的内存地址)与段号s相加,得到查找该进程段表中相应表项的索引值。从该表项中得到该段的长度limit及该段在内存中的起始地址base(设该段已经调入内存)。

(3)将段内地址d与段长limit进行比较。如果d不小于limit,则表示地址越界,系统发出地址越界中断,终止程序执行;如果d小于limit,则表示地址合法,将段内地址d与该段的内存始址base相加,得到所要访问单元的内存地址。

段页式系统的基本机制

分页存储管理能够有效地提高内存利用率,而分段存储管理能够很好地满足用户需要。把这两种管理技术有机地结合起来,“各取所长”,就形成新的存储管理系统——段页式存储管理系统。

段页式存储管理的基本原理是:

(1)等分内存。把整个内存分成大小相等的内存块,内存块从0开始依次编号。

(2)进程的地址空间采用分段方式。把进程的程序和数据等分为若干段,每段有一个段名。

(3)段内分页。把每段划分成若干页,页面的大小与内存块相同。每段内的各个页面都分别从0开始依次编号。

(4)逻辑地址结构。一个逻辑地址表示由3部分组成:段号s,页号p和页内地址d,记作v = (s, p, d),如图所示

Linux操作系统:分段系统中的地址映射和基本机制

 

(5)内存分配。内存的分配单位是内存块。

(6)段表、页表和段表地址寄存器。为了实现从逻辑地址到物理地址的转换,系统要为每个进程建立一个段表,还要为该进程段表中的每段建立一个页表。这样,进程段表的内容不再是段长和该段在内存的起始地址,而是页表长度和页表地址。为了指出运行进程的段表地址,系统有一个段表地址寄存器,它指出进程的段表长度和段表起始地址。

在段页式存储管理系统中,面向用户的地址空间是段式划分,而面向物理实现的地址空间是页式划分。就是说,用户程序逻辑上划分为若干段,每段又分成若干页面。内存划分成对应大小的块。进程映像对换是以页为单位进行的,使得逻辑上连续的段存放在分散的内存块中。

页式系统的地址转换过程如下:

(1)地址转换硬件将段表地址寄存器的内容B与逻辑地址(即有效地址)中的段号s相加,得到访问该进程段表的入口地址(第s段)。

(2)将段s表项中的页表长度与逻辑地址中的页号p进行比较。如果页号p小于页表长度,则表示未越界,向下正常进行;否则,发中断。

(3)将该段的页表基址与页号p相加,得到访问段s的页表中第p页的入口地址。

(4)从该页表的对应页表项中读出该页所在的物理块号f,再用块号f和页内地址d拼接成访内地址。

(5)如果对应的页未在内存,则发缺页中断,系统进行缺页中断处理。如果该段的页表未在内存中建立起来,则发缺段中断,然后由系统为该段在内存建立页表。

Linux操作系统:分段系统中的地址映射和基本机制

 



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