内存管理之分段和分页
内存管理
最常用的内存管理方式是动态内存分配。而动态内存分配分三种：首次适应、最优适应和最差适应。
- 首次适应（时间效率高）：找到第一个满足大小的孔时，将进程放进去。
- 最优适应（时间效率差）：遍历所有的孔，将进程放进满足大小的最小的孔（亦即放入进城后新产生的孔是最小的）。
- 最差适应（时间效率差）：遍历所有的孔，将进程放进满足大小的最大的孔（亦即放入进城后新产生的孔是最大的）。
在空间利用能力方面，首次适应和最优适应都要好于最差适应。
动态内存分配存在一个显著的缺陷：存在外部碎片，空间利用率低。外部碎片：针对于动态内存分配方法所产生的碎片。这里的碎片指的是随着进程的加载和退出，所产生的不连续的无法满足请求的小孔，而这些小孔的总内存可满足内存分配的请求。
除了动态内存分配，还有一种常用的内存管理方式是：按固定大小的块为单位（块是最小的内存单位）进行分配。
而该种内存管理方式存在着内部碎片的问题。
内部碎片：针对于按固定大小的块为单位（块是最小的内存单位）进行分配的方法所产生的碎片。这些碎片指的是每一个块中除去进程分配了的内存后剩下的区域。
针对这两种内存管理方式的碎片问题，分别提出了分段和分页的方式来对碎片问题进行缓解。
分段
将一个进程的内容分成不同的段，允许不同的段之间的内存是不连续的（但每一个段段内的空间是连续的）。
- 可以缓解外部碎片的问题，但仍存在外部碎片问题。
分段技术需要利用段表实现。段表（段表有两列）包括：每个段的段基地址（物理基地址）、每个段的段界限。
在分段技术下，逻辑地址由段号s（表示第几个段）和段偏移d组成。当要访问内存时：
- 1）首先根据逻辑地址读取段号s；
- 2）然后在段表中找到该段号对应的段界限limit，判断段偏移d是否满足小于段界限limit的条件。如果不满足，则表示寻址错误；否则往下继续操作；
- 3）在段表中读取该段号对应的段基地址base，计算base+d得到物理地址，进而访问物理内存。
优点
反映了程序的逻辑组织，段内地址空间是连续的，便于保护、共享、动态链接和增长。
缺点
分段容易产生外部碎片，且每个段的大小不一，不利于虚拟存储。
分页
将进程的内容划分为固定大小的一小片一小片，每一片称为一个页。允许内存不连续分配。
- 不存在外部碎片，但每一个进程对应的最后一页可能存在内部碎片。
在分页技术下，逻辑地址由页号p（表示第几页）和页偏移d组成。
当需要访问内存时：
- 1）首先根据逻辑地址读取页号p；
- 2）在页表中读取该页对应的页基地址base；
- 3）将base+d（注意，与分段技术不同的是，这里的+指的是位的拼接，即将base左移逻辑地址中页偏移区域对应的位数后，再加上偏移量d），得到物理地址。
优点
通过固定大小的块来存储，利于虚拟存储，支持不连续内存分配，不存在外部碎片，即使有内部碎片，内部碎片也较小。
缺点
由于分页技术的内存是不连续的，因此难以进行保护、共享、动态链接和增长。
对于分段和分页两种技术，总的来说：分段用于内存保护，分页用于虚拟存储。
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