探讨计算机内存管理:分页与分段的地址空间维度差异(为什么分页机制中逻辑地址空间是一维的,而分段机制中逻辑地址空间是二维的?)

        在计算机系统中,内存管理是一个至关重要的组成部分,而分页机制和分段机制是两种常见的内存管理方式。一个引人疑惑的问题是:为什么分页机制中逻辑地址空间是一维的,而分段机制中逻辑地址空间是二维的呢?在本文中,我们将深入探讨这个问题,并解释这两种不同的地址空间维度。

1. 分页机制中的一维逻辑地址空间

        分页机制采用的是一维逻辑地址空间,即通过一个地址就能唯一确定内存中的位置。在这种机制下,逻辑地址包含一个页号和页内偏移。举例来说,如果页面大小为8位,逻辑地址为1101,我们可以直接通过除法操作得到页号(1101 / 8 = 137),而余数则是页内偏移(1101 % 8 = 5)。通过页号,我们能够迅速找到对应的页表项,从而确定内存中的具体位置。这简化了地址转换过程,使得逻辑地址的表示更为直观和方便。

2. 分段机制中的二维逻辑地址空间

        相对于分页机制,分段机制采用的是二维逻辑地址空间,需要两个参数来确定内存中的位置,即段号和段内偏移。在分段机制下,用户程序提供的逻辑地址是一个包含段号和段内偏移的二元组。例如,常见的PC表示为CS::EIP,即代码段::段内偏移。由于段的长度不确定,采用一维地址空间无法准确表示逻辑地址,可能导致歧义。通过使用二维地址,即(段号,段内偏移),可以清晰地描述内存中的位置,解决了地址翻译的歧义问题。

这里更笼统的说一下:

         相信大家找寻这个问题就是奔着二维这个来的。本人最开始就陷入了系统角度的思维。

        铁子们看见这个图?是不是想着和分页一个道理呢?此时有人心中想着:我可以设置一个最大段长,前m位为段号,后n位为段内偏移量。——>你这个想法倒是挺好?合适吗?

        这里举出分段系统的逻辑地址,记住,这是某个段的逻辑地址,前m位为段号,后n位为段内偏移量,2^n这个段的段长,它针对的是某个段,而不是操作系统为每个段统一定好的,意思就是m和n是不能确定的。

        对于段式管理光靠一个逻辑地址,得不到数据的物理地址。因为想要得到物理地址,我们必然要去段表查找,但是去段表查找,又需要段号,我们无法根据这一逻辑地址得到段号,不能像页式管理一样通过除法来得到段号。所以,想要完整描述一个物理地址,必然需要给出(段号,段内偏移)这两个数据,即二维地址。

3. 比较分页与分段的地址管理方式

        综上,在分页机制中,逻辑地址通过除法运算直接得到页号,取模得到页内偏移量。而在分段机制中,看上去貌似也只有一个逻辑地址,这个逻辑地址是段号和段内偏移(这是系统角度),段长是不确定的,并且一台主机有多种不同的段地址解析方式,所以段号需要用户直接给出,之后与段内偏移量形成系统角度的逻辑地址(不知道这说的对不对,但是大家能理解就好了)。这一差异导致了地址空间维度的不同,使得分页机制的逻辑地址是一维的,而分段机制的逻辑地址是二维的。

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