面试题：进程管理之进程内存管理的关键技术简述

Question

请简要阐述进程内存管理中的分页和分段技术，说明它们的原理、区别以及各自的优缺点。

Answer 1

分页技术

1. 原理：将进程的逻辑地址空间划分成大小相等的页（Page），把物理内存空间划分成与页大小相同的块（Frame）。在进程运行时，以页为单位将进程的页映射到物理内存的块中。通过页表（Page Table）来记录逻辑页号到物理块号的映射关系。
2. 优点：
   • 内存利用率高，减少了外部碎片。因为页的大小固定，可灵活分配内存块。
   • 便于实现虚拟内存，在需要时可将部分页换出到外存，需要时再换入。
3. 缺点：
   • 产生内部碎片，因为页的大小固定，进程最后一页可能装不满，造成浪费。
   • 页表需要占用额外内存空间，且页表查询会增加系统开销。

分段技术

1. 原理：将进程的逻辑地址空间按照程序的逻辑结构划分为若干个段（Segment），每个段有自己的段名和长度。段的长度不固定，根据逻辑结构确定。通过段表（Segment Table）来记录每个段在内存中的起始地址和长度。逻辑地址由段号和段内偏移量组成，通过段表找到段的起始地址，再加上段内偏移量得到物理地址。
2. 优点：
   • 符合程序的逻辑结构，便于程序的模块化设计和管理，段可以按功能划分，如代码段、数据段等。
   • 没有内部碎片，因为段的长度按需分配。
3. 缺点：
   • 易产生外部碎片，因为段长度不固定，内存分配和回收后容易留下难以利用的小空闲块。
   • 段表管理相对复杂，段表项需要记录段的起始地址和长度等信息，增加了系统开销。

分页与分段的区别

1. 划分方式：分页是按固定大小划分逻辑地址空间，分段是按程序逻辑结构划分逻辑地址空间。
2. 大小特性：页大小固定，段大小不固定。
3. 碎片情况：分页产生内部碎片，分段产生外部碎片。
4. 用户可见性：分页对用户透明，用户无需关心分页细节；分段对用户相对可见，用户在编程时可按段组织程序。