Сегментация

Альтернативным способом распределения пользовательской программы является сегментация. В этом случае программа и связанные с нею данные разделяются на ряд сегментов. Хотя и существует максимальный размер сегмента, на них не накладывается условие равенства размеров. Как и при страничной организации, логический адрес состоит из двух частей, в данном случае — номера сегмента и смещения.

Использованием сегментов разного размера этот способ похож на динамическое распределение памяти. Если не используются оверлеи и виртуальная память, то для выполнения программы все ее сегменты должны быть загружены в память; однако в отличие от динамического распределения в этом случае сегменты могут занимать несколько разделов, которые, к тому же, могут не быть смежными. Сегментация устраняет внутреннюю фрагментацию, однако, как и динамическое распределение, страдает от фрагментации внешней. Тем не менее ее степень снижается, в силу того что процесс разбивается на ряд небольших частей.

В то время как страничная организация невидима для программиста, сегментация, как правило, видима и обычно используется при размещении кода и данных в разных сегментах. При использовании принципов модульного программирования как код, так и данные могут быть дополнительно разбиты на сегменты. Главным недостатком при работе с сегментами является необходимость заботиться о том, чтобы размер сегмента не превысил максимальный.

Еще одно следствие того, что сегменты имеют разные размеры, состоит в отсутствии простого соотношения между логическими и физическими адресами. Аналогично страничной организации, схема простой сегментации использует таблицу сегментов для каждого процесса и список свободных блоков основной памяти. Каждая запись таблицы сегментов должна содержать стартовый адрес сегмента в основной памяти и его длину, чтобы обезопасить систему от использования некорректных адресов. При работе процесса адрес его таблицы сегментов заносится в специальный регистр, используемый аппаратным обеспечением. Рассмотрим адрес из п+т бит, где крайние слева п бит являются номером сегмента, а правые т бит — смещением. В нашем примере, помещенном на рис. 7.11,в, n = 4 и т — 12. Таким образом, макси­мальный размер сегмента составляет 2¹² = 4096. Для трансляции адреса необходимо выполнение следующих действий.

• Выделить из логического адреса п крайних слева битов, получив таким образом номер сегмента.

• Используя номер сегмента в качестве индекса в таблице сегментов процесса, найти физический адрес начала сегмента.

• Сравнить смещение, представляющее собой крайние справа т бит, с длиной сегмента. Если смещение больше длины, адрес некорректен.

• Требуемый физический адрес представляет собой сумму физического адреса начала сегмента и смещения.

В нашем примере имеется логический адрес 0001001011110000, представляющий собой сегмент номер 1, смещение 752, Предположим, что этот сегмент располагается в основной памяти начиная с физического адреса 0010000000100000. Тогда интересующий нас физический адрес равен 0010000000100000+001011110000 = 0010001100010000 (см. рис. 7.12,6).

Итак, в случае простой сегментации процесс разделяется на ряд сегментов, размер которых может быть разным. При загрузке процесса все его сегменты размещаются в свободных областях памяти, и соответствующая информация вносится в таблицу сегментов.

РЕЗЮМЕ, КЛЮЧЕВЫЕ ТЕРМИНЫ И КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

Одной из наиболее важных и сложных задач операционной системы является управление памятью. Основная память может рассматриваться как ресурс, который распределяется и совместно используется рядом активных процессов. Для эффективного использования процессора и устройств ввода-вывода желательно размещение в основной памяти максимально возможного количества процессов. Кроме того, желательно дать программисту возможность разрабатывать программы без ограничений их размера.

Основными инструментами управления памятью являются страничная организация и сегментация. При страничной организации каждый процесс разделяется на относительно малые страницы фиксированного размера; сегментация позволяет использовать части разного размера. Кроме того, возможно комбинирование сегментации и страничной организации в единой схеме управления памятью.