什么是分段、什么是分页

分段（Segmentation）

• 分段是根据进程的逻辑结构，将内存划分为多个大小不等的区域，称为段（Segment）。每个段都有自己的意义，如代码段、数据段、堆栈段等。

• 每个段可以有不同的大小，段的长度取决于程序的实际需求，段与段之间可能不连续

• 分段管理提供了一种更贴近程序结构的内存管理方式，有助于提高程序的可读性和可维护性

工作原理

• 地址转换：虚拟地址由段号和段内偏移量组成，通过段表（Segment Table），将段号映射到物理内存中的地址，从而计算出物理地址

• 内存管理：操作系统根据进程的需求，分配大小合适的内存段。段的大小可变，符合程序的逻辑结构

分页（Paging）

• 分页是将内存划分为固定大小的块，称为页帧（Page Frame），通常为 4KB 或 8KB。相应地，进程的虚拟地址空间也被划分为同样大小的页面（Page）。

• 逻辑地址空间被划分为若干个固定大小的页，物理内存则被划分为相同大小的页框，页通过页表映射到页框

工作原理

• 地址转换：进程访问内存时，使用虚拟地址。虚拟地址由页号和页内偏移量组成。通过页表（Page Table），将虚拟页号映射到物理页帧号，进而计算出物理地址。

• 内存管理：当进程需要更多内存时，操作系统为其分配新的页面。由于页面大小固定，内存分配和回收效率高。

两者区别

特点	分页	分段
划分方式	固定大小的页面	大小可变的段
地址空间	一维地址（页号 + 页内偏移）	二维地址（段号 + 段内偏移）
内存碎片	可能有内部碎片，无外部碎片	可能有外部碎片，无内部碎片
共享与保护	页面级别，可实现简单的保护	段级别，更灵活的共享和保护
符合程序逻辑	与程序逻辑无关	反映程序的逻辑结构
实现复杂度	硬件支持，效率高	需要复杂的内存管理

分段与分页的结合

现代操作系统通常将分段和分页结合使用，以发挥二者的优点。

• 分段管理逻辑空间：程序员从逻辑上将程序划分为多个段。

• 分页管理物理内存：每个段再划分为固定大小的页面，映射到物理内存中的页帧。

• 优点：

  • 提升内存利用率：通过分页减少碎片，提高内存分配效率。

  • 灵活的共享和保护：分段提供了更灵活的内存共享和访问控制机制。