什么是計算機科學中的分段和分頁？

Question

我用Google搜索了很長時間，但我仍然不明白它是如何工作的，因為大多數解釋都是非常技術性的，沒有任何插圖可以讓它更清晰。 我的主要困惑是它與虛擬內存有什么不同？

我希望這個問題在這里有一個非常好的解釋，以便其他提出相同問題的人可以在谷歌時找到它。

Answer 1

我不得不承認，這兩個概念在開始時看起來很復雜和相似。 有時他們也會被混淆地教導。 我認為可以在osdev.org上找到一個很好的參考： Segmentation Paging

為了完成，我也試着在這里解釋一下，但我無法保證正確性，因為我已經開發了幾個月的操作系統。

在舊的16位天分段

分段是這兩個概念中較老的一個，在我看來，它更令人困惑。 分段工作 - 如名稱所示 - 分段 。 段是特定大小的連續內存塊。 要訪問每個段內的內存，我們需要一個偏移量 。 這使得總共有兩個地址組件，實際上存儲在兩個寄存器中。 分割的一個想法是擴大僅具有16位寄存器的存儲器。 另一種是某種保護，但不像尋呼那樣復雜。

因為我們現在使用兩個寄存器來訪問內存，所以我們可以將內存分成塊 - 如上所述，即所謂的段。 考慮1MB（2 ^ 20）的內存。 這可以分成每個16字節的65536（2 ^ 16，因為16位寄存器）段。 當然，我們還有16位寄存器用於偏移。 用16位尋址16個字節是沒用的，所以決定段可以重疊（我認為當時還有性能和編程原因）。

以下公式用於通過分段訪問1MB內存：

Physical address = (A * 0x10) + B

這意味着該段將是偏移量的16倍。 這也意味着可以通過多種方式訪問​​地址0x0100，例如，通過A = 0x010和B = 0x0，還可以通過A = 0x0和B = 0x0100。

這是舊的16bit天的細分。

如果你看一下匯編程序或自己嘗試一些東西，你會發現它們甚至在匯編程序中都有所謂的寄存器：CS和DS（代碼段和數據段）。

分段為32bit天

后來引入了一個所謂的全局描述表 （GDT）。 這是一個全局表（在RAM中的特定位置），其中給出了段號和內存地址以及每個段的其他幾個選項。 這使我們更接近分頁的概念，但它仍然不一樣。

所以現在程序員自己可以決定段應該從哪里開始。 一個新的概念也是在GDT中可以決定一個細分應該有多長。 因此，不是每個段必須是64kB長（2 ^ 16，因為16位寄存器），但是限制可以由程序員定義。 您可以有重疊的段或純粹的分隔段。

當現在訪問A：B時（仍然有兩個寄存器用於訪問存儲器），A將是GDT中的條目。 因此，我們將在GDT中查找第A個條目，並查看該段開始的內存位置以及它的大小。 然后我們檢查B（偏移）是否在允許的內存區域內。

分頁

現在，分頁與新的分段方法沒有太大差別，但在分頁時，每個頁面都有固定的大小。 因此限制不再可編程，每頁都有（當前）4kb。 此外，與分段不同，邏輯地址空間可以是連續的，而物理地址不是連續的。

分頁還使用表來查找內容，您仍然將邏輯地址拆分為多個部分。 第一部分是頁表中的條目號，第二部分是偏移量。 但是，現在偏移量具有12位的固定長度以訪問4kb。 您還可以擁有兩個以上的部分，然后將使用多個頁面表。 兩級頁表很常見，對於64位系統，我認為甚至三級頁表也很常見。

結尾

我希望我能夠至少解釋一下，但我認為我的出版也令人困惑。 最好的辦法是深入研究內核編程，並嘗試在啟動操作系統時實現最基本的東西。 然后你會發現一切，因為由於向后兼容性，一切仍然在我們的現代PC上。

Answer 2

我指示你

http://en.wikipedia.org/wiki/Virtual_memory

和

http://en.wikipedia.org/wiki/Segmented_memory

細分已經開始消亡。 我懷疑未來的分頁也會如此。

編輯：讓我補充說明

分段和分頁是內存管理的兩種不同方式，但它們通常做兩件事。 存在過度簡化的風險：

1. 分段允許進程訪問比自然指針大小允許的更多內存。

2. 分頁允許進程訪問比系統物理支持更多的內存。

段：

PDP-11是一個16位系統。 這允許尋址64K的內存。 晚期的PDP-11系統擁有更多的內存。 進程可以將不同的物理內存段映射到64K。 一個進程只能訪問64K的內存，但它可以改變它在64K內可以訪問的內存。

8086和后繼者將細分市場帶入了高雅藝術。 使用更復雜的基本寄存器系統，進程可以訪問更大的內存區域。

分頁：是一個系統，其中進程看到連續（或相對如此）的內存地址范圍被分成頁面。 例如，VAX處理器具有32位地址（理論上允許訪問4GB內存），而計算機通常具有8,16 32MB內存。 進程可以訪問比系統實際擁有的內存（加上多個進程）。

這些系統為進程（虛擬內存）提供了連續的內存范圍，分為頁面（大約512-2048字節），由一組表定義並映射到磁盤存儲。 如果進程訪問了不在內存中的頁面，則會觸發硬件異常。 操作系統將攔截該異常，分配新的物理內存頁，並從磁盤加載內存然后重新啟動該指令。

如果操作系統需要更多內存來處理這些請求，它將分頁出已經加載的內存。 如果數據是只讀的，通常這將從可執行映像加載，而不必分頁。 頁面可能只是標記為無效。 如果它是讀/寫內存，則頁面將被寫入頁面文件以便存儲，直到再次需要為止。

32位英特爾芯片引入了一個奇怪的系統，結合了分段和分頁。 細分用於數據保護。 64位處理器模式可以消除這種情況。