Ch16 Segmentation

這一章（第16章）是在講作業系統中記憶體管理的一種方式：Segmentation（段式管理）。

以下是整章的重點與概念講解：

背景

傳統上來說，我們會把整個 virtual address space 搬到 physical address 中。產生以下問題：

1. Virtual address space 中間有很多空白區域，會造成 internal fregmentation
2. 如果 address space 很大，但實際用到很少，搬運的效率會很差

Intro

Segmentation 是把一個程式的 virtual address space 切成邏輯上獨立的區段（segments），例如：

• Code segment
• Heap segment
• Stack segment

每個 segment 都會有自己的 base 和 bounds registers，這樣可以分開搬移，省記憶體，也更有彈性。

Address translation

• 根據高位元來判斷是哪個 segment
• 取出 offset，加上該 segment 的 base，轉換成 physical address
• 並檢查 offset 有沒有超過 segment 大小
  • 如果超過會回傳 segmentation fault

因為 Stack 的堆疊方向跟其他 segment 不一樣（向下成長），必須做特別處理

範例：

Protection

Segment 也有保護權限：

• Code：Read + Execute
• Heap/Stack：Read + Write

因為 code 只有 read 與 execute 的權限，因此不用怕被別人改到程式碼，多個 process 可以共用一個 code

External Fragmentation

因為 segment 大小不一，會導致實體記憶體中出現許多小碎塊，稱為外部碎裂（external fragmentation）。這會讓：

• 新的 segment 找不到連續空間
• segment 想成長但被擋住

解法如下：

• Compaction（壓縮）：重新整理記憶體，把 segments 移動合併，但代價高
• Free-list 管理演算法：如 best-fit、first-fit、buddy system 等