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操作系统 == 内存管理

news 2025/5/10 11:31:50

内存管理概念

内存管理的基本原理

内存管理主要功能包括：

地址转换，内存分配和回收，内存空间的扩充（虚拟存储技术），内存共享，存储保护

逻辑地址和物理地址

编译后，每个模块都从0开始进行编址，这称为目标模块的逻辑地址

Note：进程在运行过程中，看到的和使用的都是逻辑地址

逻辑地址经过地址转换变为物理地址

物理地址指的是内存中的实际地址，内存地址空间是内存中物理单元的合集

地址转换是由MMU（内存管理部件）实现的

程序的链接和装入

将用户程序编程可执行程序，一般需要以下几步

编译，链接，装入

装入分为以下几种

绝对装入：

逻辑地址与实际地址完全相同，只适合单道程序环境，在编译时就知道程序存放在内存哪个位置

可重定位装入（静态重定位）

地址转换在进程装入时就完成，缺点是一个作业装入内存，必须给它分配足够的存储空间，且运行期间无法移动

动态运行时装入

看到这个名字，相比你就知道其与上面的区别了，虽然装入模块被装入到内存，但是只有运行的时候才会发生地址转换，存在一个重定位寄存器来实现动态运行时装入‘

然后就是链接：分为静态链接·和动态链接

静态链接

将各目标模块与其所需库函数链接成一个完整的装入模块，以后不在拆分

动态链接

采用边装入边链接的方式

运行时动态链接

在程序运行需要某目标模块的时候，才对其进行链接

内存映像

内存映像一般包含：代码段，数据段，堆，栈等基本要素

内存保护

在CPU设置一对上下限寄存器，存放用户进程在主存中的下限和上限地址
采用重定位寄存器和界地址寄存器进行越界检查，重定位寄存器内存放的为初始物理地址，界地址寄存器存放的为进程最大逻辑地址（由于逻辑地址从0开始，所以这就是长度）

内存共享：只有只读区域才可以共享

内存分配和回收

连续分配管理方式

指的是为一个用户空间分配一篇连续的内存空间

单一连续分配：用户独占用户区，内存中只有一道程序
固定分区分配：将用户空间划分为多个固定大小的分区
1. 分区大小相等
2. 分区大小不等

使用分区使用表来标识各跟去的起始地址，大小和状态

动态分区分配：根据进程需要，动态分配内存

动态分区分配涉及多种分配算法：

首次适应算法：按地址递增次序排列，每次分配，顺序查找
临近适应算法（循环首次适应算法）
最佳适应算法：空闲分区按照容量递增排序，每次顺序查找第一个满足大小的分区
最坏适应算法：空闲分区按照容量递减排序
索引分配算法：
1. 伙伴系统：所有分区大小伟2的k次幂
2. 哈希算法：
3. 快速适应算法：用常用空间大小进行划分

这三种算法的共同特点就是在主存中连续存放用户程序

基本分页存储管理

思想：将内存分为若干固定大小的分区，称为页框，页帧，物理块

进程的逻辑地址空间同样分为若干与块大小相等的区域，称为页或者页面

这样就不会产生外部碎片，且只会在进程最后一个不完整的块申请主存块空间的时候，才会产生内部碎片

分页存储的几个基本概念

页面和页面大小
进程的逻辑地址空间每个页面有一个编号，称为页号，从0开始，同样的，内存页框也有自己的编号，称为页框号，从0开始，为方便地址转换，页面大小为2的整数次幂。
地址结构
1. 逻辑地址，每个分页存储管理的逻辑地址由页号和页内偏移量组成
页表
为了便于找到每个页面在内存中存放位置，系统为每个进程建立了一张内存映射表，简称页表，进程每个页面对应一个页表项，记录页号和块号
基本地址变换机构
主要任务是将逻辑地址转换为物理地址，为了提高地址变换速度，系统中存在一个页表寄存器，存放页表在内存中的起始地址和页表长度，一般单CPU系统只有一个页表寄存器，当进程被调度执行的时候，将页表的起始地址和页表长度放到页表寄存器中。
物理地址的计算
页号P = A/L ，就是逻辑地址/页面大小
页内偏移两 W = A%L 就是逻辑地址%页面大小
先判断是否越界，如果没有越界的话，那么就区找对应页表项，即查询物理块号
note：这里的P对应页表项的地址为页表起始地址加上P乘以页表项长度
计算物理地址 E = bL * W，b为对应物理块号
note：地址转换是由硬件来完成的