Рассмотрим, что происходит, если программа имеет исключительно большое число переменных, но нормальное количество всего остального. Участок адресного пространства, предоставленный для таблицы кодировки символов, может заполниться, но в других таблицах, скорее всего, останется пустым множество ячеек. Конечно, компилятор может просто создать сообщение о том, что компиляция не может продолжаться вследствие слишком большого количества переменных, но нам кажется, что такое решение проблемы не спортивно, когда в других таблицах осталась масса неиспользованного места.

При другом варианте можно поиграть в Робин Гуда, забирая пространство из таблиц с излишеством ячеек и передавая их таблицам с их недостатком. Такая перетасовка реализуема, но она аналогична управлению собственными оверлеями, что представляет собой маленькое неудобство в лучшем случае и большое количество скучной и неоплачиваемой работы в худшем случае.

На самом деле необходим метод, освобождающий программиста от управления расширяющимися и сокращающимися таблицами тем же способом, которым виртуальная память устраняет беспокойство организации профамм с оверлеями.

Простое и предельно общее решение заключается в том, чтобы обеспечить машину множеством полностью независимых адресных пространств, называемых сегментами. Каждый сегмент содержит линейную последовательность адресов от О до некоторого максимума. Длина каждого сегмента может быть любой от нуля до разрешенного максимума. Различные сегменты могут быть различной длины. Более того, длины сегментов могут изменяться во время выполнения. Длина сегмента стека может увеличиваться всякий раз, когда что-либо помещается в стек, и уменьшаться при выборке данных из стека.

Поскольку каждый сегмент составляет отдельное адресное пространство, разные сегменты могут расти или сокращаться независимо друг от друга. Если стек, находящийся в определенном сегменте, нуждается в большем количестве адресного пространства для роста, он может получить его, потому что в его адресном пространстве нет больше ничего, с чем можно столкнуться. Конечно, сегмент может заполниться, но сегменты обычно очень большие, поэтому такие инциденты редки. Чтобы определить адрес в такой сегментированной или двумерной памяти, программа должна указать адрес, состоящий из двух частей: номер сегмента и адрес внутри сегмента.

Рисунок 4.19 иллюстрирует сегментированную память, использующуюся для обсуждавшихся ранее таблиц компилятора. Здесь показаны пять независимых сегментов.

Стоит подчеркнуть, что сегмент - это логический объект, о чем программист знает и поэтому использует его как логический объект. Сегмент может иметь в составе процедуру, массив, стек или набор скалярных переменных, но обычно он не содержит смеси различных типов.

Помимо простоты управления увеличивающимися или сокращающимися структурами данных, сегментированная память обладает и другими преимуществами. Если каждая процедура занимает отдельный сегмент и адрес О - это ее начальный адрес, компоновка отдельно скомпилированных процедур происходит намного проще. После того как все процедуры, составляющие программу, будут

скомпилированы и скомпонованы, для адресации слова О (начальной точки) обращение к процедуре в сегменте п будет использовать адрес, состоящий из двух частей (п, 0).

20 к

Таблица

кодировки

символов

Исходный текст

Константы

16 К

12К 8К

Дерево синтаксического анализа

Стек вызовов

Сегмент О

Сепиент 1

Сегмент 2

Сегмент 3

Сегмент 4

Рис. 4.19. Сегментированная память позволяет каждой таблице расти или уменьшаться

независимо от других таблиц

Если потом процедура в сегменте п модифицируется и компилируется заново, не нужно изменять другие процедуры (потому что начальный адрес остался тем же), даже если новая версия больше предыдущей. В одномерной памяти процедуры упакованы одна к другой, и между ними нет свободного адресного пространства. В результате изменение размера одной процедуры может повлиять на начальный адрес другой, не имеющей отношения к первой процедуре. Это, в свою очередь, требует модификации всех процедур, вызывающих любую из передвинутых процедур, чтобы поместить в них новые начальные адреса. Если программа содержит сотни процедур, такой процесс очень дорог.

Сегментация также облегчает совместное использование процедур и данных несколькими процессами. Общим примером является библиотека совместного доступа. Современные рабочие станции, работающие с передовыми оконными системами, часто имеют крайне большие графические библиотеки, являющиеся составляющими практически каждой программы. В сегментированных системах графические библиотеки могут располагаться в отдельном сегменте и совместно использоваться несколькими процессами, что устраняет необходимость их присутствия в адресном пространстве каждого процесса. В принципе в системах с чистой страничной организацией памяти также можно иметь совместно используемые библиотеки, но это намного сложнее в реализации. Поэтому такие системы предоставляют совместный доступ путем моделирования сегментации.

Поскольку каждый сегмент формирует логический объект (такой как процедура, массив или стек), с которым общается программист, у различных сегмен-

тов могут быть разные виды защиты. Сегмент процедуры может быть определен как только исполняемый, что запрещает попытки чтения из него или сохранения в него. Для массива чисел с плавающей точкой можно разрешить режим доступа чтение/запись, но не исполнение, чтобы отлавливать попытки передачи управления по адресам, на которых располагается массив. Такая защита полезна при обнаружении ошибок программирования.

Вы должны попытаться понять, почему защита имеет смысл в сегментированной памяти, а не в одномерной страничной памяти. В сегментированной памяти пользователь осведомлен о том, что представляет собой каждый сегмент. В обычном случае сегмент не может содержать, например, и процедуру и стек, а только либо первое, либо второе. Так как каждый сегмент содержит только один тип объектов, он может иметь защиту, соответствующую этому конкретному типу. Страничная организация памяти и сегментация сравниваются в табл. 4.2.

Таблица 4.2. Сравнение страничной организации памяти и сегментации

Содержимое страниц в известной степени случайно. Программист не осведомлен даже о том факте, что происходит страничная подкачка. Хотя добавление нескольких битов в каждую запись таблицы страниц для определения разрешенного доступа в принципе возможно, но чтобы использовать это свойство, программист должен был бы отслеживать, где находятся границы страниц в его адресном пространстве. Это представляет собой в точности тот вид администрирования, для устранения которого была придумана страничная подкачка. По-