内存管理——分段和分页的区别

分段与分页的区别

分段：

分页：

分段和分页的工作方式相似，都是非连续存储。

• 分段的逻辑地址=段号+段内偏移。段表存放段描述符。段描述符=段基址+段界限。物理地址=段基址+段内偏移。
• 分页的虚拟地址=页号+页内偏移。页表存放页面映射。页面映射=虚拟页号+物理页号。物理地址=物理页号+页内偏移。

但是有几点不同：

• 分段的大小是不固定的，通过段界限来划分。并且每个段的虚拟内存和物理内存都是连续空间，段的大小以段界限划分，导致颗粒度比较大。而不同的段在物理内存中不一定连续的，当需要分的段比任一段与段之间的内存大时，分段机制无法将这些离散内存映射成一段，导致外部内存碎片问题，需要把物理内存上非连续的段换出再重新换入，才能消除这些离散的内存碎片。当内存不足时，换入换出的开销比较大。
• 分页的大小是固定的4K。分页以页为单位，虚拟内存的页连续而映射的物理内存页不一定连续，颗粒度比较小，就算物理内存可用的页是离散的，只要将这些页进行映射，进程就可以正常访问，不会产生外部内存碎片。当内存不足时，充分利用局部性原理，采用LRU算法换出不常用的页。提供的更适合多进程运行的环境。当程序大小不足一页的时候，会产生页内的内部内存碎片。

所以，分段和分页的区别在于颗粒度，把分段的大小固定为页的大小，两者就基本一致了。但分段的初衷是为了按程序的特定逻辑功能来划分，每个段都有其分配的意义。而分页则将所有的内存一视同仁，不会去管每一页是做什么功能的，只需要按需分配和swap。

而Linux也主要采用分页机制，不使用分段机制，但是为了兼容Intel的CPU架构，Linux保留了分段机制，只是把所有的段基址都设置成了0从而屏蔽了内存分段。

个人看法，按照工作方式来看的话，其实分段和分页基本是一样的，都是用了一个表来对虚拟地址和物理地址做了映射，基址+偏移。

但是这两者被提出的时候是用来解决不同的问题的。

分段主要是为了将一个程序的内存按照逻辑功能分成不同的区间段，比如将分出代码段、数据段等，段内部是连续存放的。这样子分开可以避免出错。在没有分段时，内存的换入换出都是以整个进程内存空间为单位，而分段后，只需要换出进程中不常用的某些段就可以，需要的时候再从磁盘中换入。

在汇编程序中，会在一开头使用Segment划分段，这就是手动的分段，每个段之间的内存时连续的，并且都是由0地址开始(偏移地址)，再加上段基址。如：CS:IP，SS:SP。这里的段表应该是由8086的寄存器构成。

分页则是为了更好的提高内存的利用率。充分利用了程序的局部性原理，一个进程访问频率最高的也就只有局部的一小段内存。因此采用分页将虚拟内存空间划分为多个页，同时物理内存也划分为多个页框，大小跟虚拟内存的页的单位一致。这样就可以做到页框对页的映射。对于进程本身而言，拥有分页后全部的连续虚拟内存空间，只有在访问这些虚拟内存时产生缺页异常，MMU才会进行映射的动作，将物理内存分配过来。当物理内存不足时，会根据LRU算法将最近最少使用的页暂时换出到磁盘，释放出物理内存页建立映射，因此进程所使用的物理内存可以是非连续的，并且由于内存是按页框对齐的，不存在外部内存碎片。