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内存管理中固定分区的地址重定位与存储保护

发表于 2024-12-15 更新于 2024-12-26 分类于 408 ， OS

💡 TIP

在内存管理的固定分区方法中，地址重定位和存储保护是两个关键概念，它们确保程序正确执行并保护内存数据的完整性。以下是对这两个方面的详细解释：

¶1. 地址重定位（Address Relocation）

地址重定位是指将程序的逻辑地址转换为物理地址的过程。在固定分区内存管理中，内存被划分为若干固定大小的分区，每个分区都可能被一个进程占用。当程序装载到某个分区时，逻辑地址需要被调整为物理地址，以正确访问内存中的数据。

逻辑地址与物理地址
- 逻辑地址：由程序生成，通常从 0 开始，描述程序内部的内存访问。
- 物理地址：程序实际运行时的内存地址，由操作系统或硬件计算得出。
重定位的方式
1. 静态重定位：
  - 程序在装载时由操作系统将逻辑地址加上分区的起始地址，转换为物理地址。
  - 该方法简单，但程序装载后地址固定，无法移动。
2. 动态重定位：
  - 程序运行时，通过硬件中的**重定位寄存器（Base Register）**实时完成地址转换。
  - 在访问内存时，硬件会将逻辑地址加上分区的起始地址来计算物理地址。
示例：如果一个程序需要访问逻辑地址 100，而该程序被加载到起始地址为 1000 的分区中，则：
- 物理地址 = 分区起始地址 + 逻辑地址 = 1000 + 100 = 1100

¶2. 存储保护（Memory Protection）

存储保护的目的是防止一个程序访问到其他程序或操作系统的内存，确保内存安全性。

实现方法：
1. 界限寄存器（Limit Register）：
  - 每个分区设置一个界限寄存器，记录该分区的最大地址范围。
  - 在访问内存时，硬件检查物理地址是否在分区范围内，超出范围则触发保护异常（Protection Fault）。
2. 重定位寄存器和界限寄存器联合使用：
  - 重定位寄存器保存分区的起始地址，用于地址转换。
  - 界限寄存器保存分区大小，用于检查是否越界。
  - 访问内存时，实际地址需满足：
    实际地址 >= 起始地址 且 实际地址 < 起始地址 + 分区大小
保护机制的作用：
- 防止一个程序越界访问其他分区的内存。
- 避免意外覆盖操作系统或其他程序的关键数据。
- 在多道程序系统中，保障各进程互不干扰。
示例：假设分区起始地址为 1000，分区大小为 500：
- 合法范围：1000 ≤ 地址 < 1500
- 如果程序试图访问地址 1600，硬件会检测到越界并触发保护异常。

¶3. 地址重定位与存储保护的结合

在固定分区中，地址重定位和存储保护通常通过硬件协作实现：

每个分区分配一个重定位寄存器和一个界限寄存器。
在程序访问内存时：
1. 重定位寄存器负责将逻辑地址转换为物理地址。
2. 界限寄存器确保转换后的物理地址在合法范围内。
若地址转换或越界检查失败，操作系统会终止相关程序，并防止内存损坏。

¶总结

地址重定位解决了程序在不同内存分区中的装载问题，使逻辑地址转换为物理地址。
存储保护通过限制内存访问范围，确保程序运行的安全性和稳定性。
在固定分区方法中，这两者结合通过硬件（如寄存器）实现高效的内存管理和保护。

(完)