Сегменттелген жад – компьютер жадын бөліктерге бөлу арқылы басқару тәсілі. Программа кодтары мен деректерді тиімді ұйымдастыруға көмектеседі. Жад сегментациясы туралы біліңіз!
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Компьютердің негізгі жадының бөлек жылжытылатын сегменттерге немесе бөлімдерге бөлінуі – сегменттелген компьютер жады.
The division of computer's primary memory into separately relocatable segments or sections
segmented computer memory
Жад сегментациясы – компьютердің негізгі жадын сегменттерге немесе бөлімдерге бөлу арқылы опералық жүйенің жадты басқару әдісі. Сегментацияны қолданатын компьютерлік жүйеде жад орнына сілтемеде сегментті және сол сегмент ішіндегі офсетті (жад орнын) анықтайтын мән болады. Сегменттер немесе бөлімдер құрастырылған бағдарламалардың объектілік файлдарында да қолданылады, олар бағдарламалық кескінді құру үшін біріктірілгенде және кескін жадқа жүктелгенде де пайдаланылады. Сегменттер әдетте бағдарламаның табиғи бөліністеріне сәйкес келеді, мысалы, жеке процедуралар немесе деректер кестелері.
Memory segmentation is an operating system memory management technique of dividing a computer's primary memory into segments or sections. In a computer system using segmentation, a reference to a memory location includes a value that identifies a segment and an offset (memory location) within that segment. Segments or sections are also used in object files of compiled programs when they are linked together into a program image and when the image is loaded into memory. Segments usually correspond to natural divisions of a program such as individual routines or data tables
Жабдықты іске асыру
Сегменттеуді қолданатын жүйеде компьютер жадының мекенжайлары сегмент идентификаторынан және сегмент ішіндегі ығысымнан тұрады. Бөліп жазу – тағы бір тәсіл, және оларды біріктіруге болады. Жад сегментінің мөлшері әдетте өзгермейді және бір байтқа дейін кішкентай болуы мүмкін. Сегменттеу әртүрлі аппараттық құралдарда әр түрлі жолдармен іске асырылды, бөліп жазумен немесе онсыз. Intel x86 жады сегментациясы ешқайсысы да бұл модельдерге сай келмейді және төменде жеке қарастырылады, сондай-ақ бөлек мақалада толығырақ талқыланады.
In a system using segmentation, computer memory addresses consist of a segment id and an offset within the segment. Paging is another, and they can be combined. The size of a memory segment is generally not fixed and may be as small as a single byte. Segmentation has been implemented several ways on various hardware, with or without paging. Intel x86 memory segmentation does not fit either model and is discussed separately below, and also in greater detail in a separate article.
Бөлшектеусіз сегменттеу
Әрбір сегментке оның жадыда қай жерде орналасқанын көрсететін ақпарат байланыстырылған. Бағдарлама жад орнына сілтеме жасағанда, физикалық жад адресін алу үшін сегмент базасына смещение қосылады. Сегменттеу арқылы жадыны басқаруды қолданатын жүйеде виртуалды жадты іске асыру үшін барлық сегменттерді негізгі жадтан екінші жадқа және кері қайта-қайта ауыстыру қажет. Сегмент енгізілген кезде операциялық жүйе бүкіл сегментті сақтау үшін жеткілікті үзіліссіз бос жадыны бөлуі керек. Көп жағдайда, жалпы жеткілікті жад болғанымен, үзіліссіз жад жетіспесе, жадтың фрагментациялануы пайда болады.
Associated with each segment is information that indicates where the segment is located in memory— the segment base. When a program references a memory location, the offset is added to the segment base to generate a physical memory address. An implementation of virtual memory on a system using segmentation without paging requires that entire segments be swapped back and forth between main memory and secondary storage. When a segment is swapped in, the operating system has to allocate enough contiguous free memory to hold the entire segment. Often memory fragmentation results if there is not enough contiguous memory even though there may be enough in total.
Беттестірумен сегменттеу
Жад орнының орнына сегмент туралы ақпаратта сегмент үшін беттік кесте мекенжайы болады. Бағдарлама жад орнына сілтеме жасағанда, офсет беттік кесте арқылы жад адресіне аударылады. Сегментті қосымша жад бетін бөліп, оны сегменттің беттік кестесіне қосу арқылы ұзартуға болады. Сегменттеу және беттеуді қолданатын жүйедегі виртуалды жадты іске асыру әдетте жеке беттерді негізгі жадтан екінші жадқа және кері жылжытады, бұл беттелмеген сегменттелмеген жүйеге ұқсас. Сегменттің беттері негізгі жадтың кез келген жерінде орналасуы мүмкін және олардың біріктірілген болуы міндетті емес. Бұл, әдетте, негізгі және екінші реттік жад арасындағы кіріс-шығыс операцияларының мөлшерін азайтады және жадтың фрагментациясын төмендетеді.
Instead of a memory location, the segment information includes the address of a page table for the segment. When a program references a memory location the offset is translated to a memory address using the page table. A segment can be extended by allocating another memory page and adding it to the segment's page table. An implementation of virtual memory on a system using segmentation with paging usually only moves individual pages back and forth between main memory and secondary storage, similar to a paged non segmented system. Pages of the segment can be located anywhere in main memory and need not be contiguous. This usually results in a reduced amount of input/output between primary and secondary storage and reduced memory fragmentation.
Тарих
Burroughs Corporation B5000 компьютері сегменттеуді енгізген алғашқы компьютерлердің бірі болды және сегменттеуге негізделген "виртуалды жадты қамтамасыз ететін алғашқы коммерциялық компьютер болуы мүмкін". B5000 бағдарламалық сілтеме кестесі (PRT) деп аталатын сегмент ақпарат кестесімен жабдықталған, ол тиісті сегменттің негізгі жадта орналасқанын, базалық адресін және сегменттің мөлшерін көрсету үшін қолданылады. Кейінірек шыққан B6500 компьютері де сегменттеуді қолданды; оның архитектурасының бір түрі бүгінге дейін Unisys ClearPath Libra серверлерінде қолданылуда. GE 645 компьютері, GE 635-тің сегменттеу және беттеу қолдауы қосылған модификациясы, 1964 жылы Multics жүйесін қолдау үшін жасалған. 1975 жылы жұмысын бастаған Intel iAPX 432 микропроцессоры жадты қорғаумен нағыз сегменттелген архитектураны іске асыруға тырысты. Intel i960 процессорларының 960MX нұсқасы жүктеу және сақтау командаларын қолдайды, мұнда дерек көзі немесе мақсаты объект үшін "кіру дескрипторы" және объект ішіндегі ығысу болады, кіру дескрипторы 32 биттік тіркеуіште орналасқан, ал ығысу келесі тіркеуіштегі базалық ығысудан және қосымша ығысудан, сондай-ақ командада көрсетілген индекс тіркеуіштен есептеледі. Кіру дескрипторы рұқсат біттерін және 26 биттік объект индексін қамтиды; объект индексі – объектінің түрін, ұзындығын және объектінің деректері үшін физикалық адресін, объект үшін беттік кестені немесе екі деңгейлі беттік кесте үшін жоғарғы деңгейдегі беттік кестені беретін объект дескрипторларының кестесіне сілтеме. Prime, Stratus, Apollo, IBM System/38 және IBM AS/400 (соның ішінде IBM i) компьютерлері жад сегментациясын пайдаланады.
The Burroughs Corporation B5000 computer was one of the first to implement segmentation, and "perhaps the first commercial computer to provide virtual memory" based on segmentation. The B5000 is equipped with a segment information table called the Program Reference Table (PRT) which is used to indicate whether the corresponding segment resides in the main memory, to maintain the base address and the size of the segment. The later B6500 computer also implemented segmentation; a version of its architecture is still in use today on the Unisys ClearPath Libra servers. The GE 645 computer, a modification of the GE 635 with segmentation and paging support added, was designed in 1964 to support Multics. The Intel iAPX 432, begun in 1975, attempted to implement a true segmented architecture with memory protection on a microprocessor. The 960MX version of the Intel i960 processors supported load and store instructions with the source or destination being an "access descriptor" for an object, and an offset into the object, with the access descriptor being in a 32 bit register and with the offset computed from a base offset in the next register and from an additional offset and, optionally, an index register specified in the instruction. An access descriptor contains permission bits and a 26 bit object index; the object index is an index into a table of object descriptors, giving an object type, an object length, and a physical address for the object's data, a page table for the object, or the top level page table for a two level page table for the object, depending on the object type. Prime, Stratus, Apollo, IBM System/38, and IBM AS/400 (including IBM i) computers use memory segmentation.
B5000
B5000, B5500 және B5700 дескрипторлары Бағдарламалық сілтеме кестесінде (PRT) немесе стекте орналасады және деректер жадта бар-жоқ екенін көрсететін қатысу битін қамтиды. Деректер және бағдарлама дескрипторлары ерекшеленеді.
Descriptors in the B5000, B5500 and B5700 reside in either the Program Reference Table (PRT) or the stack, and contain a presence bit indicating whether the data are present in memory. There are distinct data and program descriptors.
x86 архитектурасы
Ертедегі x86 процессорлары, Intel 8086 процессорларынан бастап, қарапайым жад сегментациясын қамтамасыз етеді және жадты қорғамайды. (Кез келген сегменттің әр байты кез келген бағдарламаға әрқашан қолжетімді.) 16 биттік сегменттік тіркеуіштер 65 536 сегментке мүмкіндік береді; әрбір сегмент сегмент нөмірінің 16 еселенгеніне тең тұрақты смещениядан басталады; сегменттің бастапқы адресінің гранулярлығы 16 байт. Әрбір сегмент 64 КиБ (65,536 байт) адрестік кеңістікке оқу-жазу құқығын береді (бұл шекті 16 биттік PC және SP тіркеуіштері белгілейді; процессор шекаралық тексеру жүргізбейді). 0xFFFFF-тен асатын смещение+адрес 0x00000-ге дейін қайта оралады. Әрбір 64 КиБ сегмент келесі 4095 сегментпен қабаттасады; әрбір физикалық адрес 4096 сегмент-смещение жұбымен көрсетілуі мүмкін. Бұл схема тек 1 МиБ (1024 КиБ) физикалық жадты (және жадқа бейнеленген кіріс-шығысты) адрестеуге болады. (Қосымша кеңейтілген жадтық аппараттық құралдары бағдарламалық басқару бойынша банктерге ауыстырылатын жадты қосуға мүмкіндік береді.) Intel осы x86 процессор моделінің жалғыз операциялық режимін "нақты режим" деп атады. Intel 80286 және одан кейінгі процессорлар "286 қорғалған режимін" қосады, ол 16 биттік адрестеуді сақтайды және сегментацияны (беттеусіз) және сегмент бойынша жадты қорғауды қосады. Артқа қарай үйлесімділік үшін барлық x86 процессорлары "нақты режимде" іске қосылады, бірдей 64 КиБ сегменттерімен, жадты қорғаусыз, тек 1 МиБ физикалық адрестік кеңістікпен және кейбір ерекшеліктермен (жоғары жад аймағы, нақты емес режим). Толық 24 биттік (16 МиБ) физикалық адрестік кеңістігін және жетілдірілген MMU мүмкіндіктерін пайдалану үшін 80286 немесе одан кейінгі процессорды бағдарламалық қамтамасыз ету арқылы "қорғалған режимге" ауыстыру қажет, әдетте операциялық жүйе немесе DOS кеңейткіші. Егер бағдарлама сегменттік тіркеуіштерді пайдаланбаса немесе тек операциялық жүйеден алған мәндерді ғана енгізсе, онда бірдей код нақты режимде немесе қорғалған режимде орындалуы мүмкін, бірақ нақты режимдегі бағдарламалық жасақтаманың көпшілігі сегменттік тіркеуіштер үшін жаңа мәндерді есептейді, бұл үйлесімділікті бұзады. Intel i386 және одан кейінгі процессорлар 32 биттік адрестеуді қолданатын, сегментацияны сақтайтын және жадты беттеуді қосатын "386 қорғалған режимін" қосады. Бұл процессорларда сегменттік кесте сегмент үшін беттік кестеге сілтеме жасаудың орнына сызықтық жадта сегменттік адресті қамтиды. Беттеу қосылған кезде сызықтық жадтағы адрестер жеке беттік кестелерді пайдалана отырып физикалық адрестерге шамаланған. Көптеген операциялық жүйелер сегментация мүмкіндігін пайдаланбады, барлық сегменттік тіркеуіштердегі негізгі адресті әрқашан 0-ге тең ұстап, беттеуді ғана пайдалана отырып беттік жадты қорғауды және ауыстыруды қамтамасыз етті. Кейбіреулер CS тіркеуішін NX биті жоқ процессорларда орындалатын кеңістікті қорғау үшін пайдаланады немесе жіптік жергілікті сақтауға қол жеткізу үшін FS немесе GS тіркеуіштерін пайдаланады. x86 64 архитектурасы "ұзақ режимде" (64 биттік режимде) сегментацияны қолдамайды. CS, SS, DS және ES сегменттік тіркеуіштері 0-ге мәжбүрленеді, ал лимит 264-ке. FS және GS сегменттерінде нөлден өзгеше негізгі адрес болуы мүмкін. Бұл операциялық жүйелерге осы сегменттерді арнайы мақсаттар үшін пайдалануға мүмкіндік береді, мысалы, жіптік жергілікті сақтау үшін.
Early x86 processors, beginning with the Intel 8086, provide crude memory segmentation and no memory protection. (Every byte of every segment is always available to any program.) The 16 bit segment registers allow for 65,536 segments; each segment begins at a fixed offset equal to 16 times the segment number; the segment starting address granularity is 16 bytes. Each segment grants read write access to 64 KiB (65,536 bytes) of address space (this limit is set by the 16 bit PC and SP registers; the processor does no bounds checking). Offset+address exceeding 0xFFFFF wraps around to 0x00000. Each 64 KiB segment overlaps the next 4,095 segments; each physical address can be denoted by 4,096 segment–offset pairs. This scheme can address only 1 MiB (1024 KiB) of physical memory (and memory mapped i/o). (Optional expanded memory hardware can add bank switched memory under software control.) Intel retroactively named the sole operating mode of these x86 CPU models "real mode". The Intel 80286 and later processors add "286 protected mode", which retains 16 bit addressing, and adds segmentation (without paging) and per segment memory protection. For backward compatibility, all x86 CPUs start up in "real mode", with the same fixed overlapping 64 KiB segments, no memory protection, only 1 MiB physical address space, and some subtle differences (high memory area, unreal mode). In order to use its full 24 bit (16 MiB) physical address space and advanced MMU features, an 80286 or later processor must be switched into "protected mode" by software, usually the operating system or a DOS extender. If a program does not use the segment registers, or only puts values into them that it receives from the operating system, then identical code can run in real mode or protected mode, but most real mode software computes new values for the segment registers, breaking this compatibility. The Intel i386 and later processors add "386 protected mode", which uses 32 bit addressing, retains segmentation, and adds memory paging. In these processors, the segment table, rather than pointing to a page table for the segment, contains the segment address in linear memory. When paging is enabled, addresses in linear memory are then mapped to physical addresses using a separate page table. Most operating systems did not use the segmentation capability, opting to keep the base address in all segment registers equal to 0 at all times and provide per page memory protection and swapping using only paging. Some use the CS register to provide executable space protection on processors lacking the NX bit or use the FS or GS registers to access thread local storage. The x86 64 architecture does not support segmentation in "long mode" (64 bit mode). Four of the segment registers: CS, SS, DS, and ES are forced to 0, and the limit to 264. The segment registers FS and GS can still have a nonzero base address. This allows operating systems to use these segments for special purposes such as thread local storage.