主存储器空间的分配和回收

主存储器，通常被称为内存，是计算机系统中用于临时存储程序和数据的部件。它对计算机的运行至关重要，因为CPU直接从主存读取指令和处理数据。主存储器空间的分配和回收是操作系统核心功能的一部分，涉及到如何有效地使用有限的内存资源。以下是关于这个主题的详细知识点： 一、连续分配方式 1. 单用户单任务：在早期的计算机系统中，操作系统为每个程序分配一段连续的内存空间。这种分配方式简单，但不适用于多任务环境，因为一旦一个程序占用完内存，其他程序就无法运行。 2. 固定分区分配：在多任务环境中，内存被划分为固定大小的区域，每个进程分配一个区域。这种方式可能导致内部碎片（未被使用的内存块位于已分配区域内部）。 3. 动态分区分配：为了减少内部碎片，动态分区分配允许根据进程实际需求分配内存。有首次适应、最佳适应和最差适应等策略。 二、分页存储管理 1. 分页系统将内存划分为固定大小的页，同时将程序分割成同样大小的页框。页表用于记录每个逻辑页在物理内存中的位置，便于地址转换。这种方式可以减少外部碎片，但可能存在页内碎片。 2. 请求分页：当需要的页不在内存时，操作系统会执行页面替换，将当前页调出到磁盘的交换区，然后将所需页调入内存。 三、分段存储管理 1. 分段系统允许每个程序按照逻辑结构划分成多个段，每个段有自己的名字和长度。这种方式更符合程序员的思维，但可能导致外部碎片。 2. 段页式存储：结合了分段和分页的优点，程序被分成段，每段再分成页。段表记录段的起始地址和长度，页表记录页在段内的位置。这种机制提高了地址映射的灵活性。 四、内存回收 1. 空闲块管理：操作系统需要维护空闲内存块的信息，以便快速分配。常见的数据结构有空闲链表、位图等。 2. 页面替换算法：在请求分页系统中，页面替换算法决定何时以及哪个页面应该被换出。有FIFO（先进先出）、LRU（最近最少使用）、LFU（最不经常使用）等策略。 3. 内存碎片整理：通过移动内存中的数据来减少或消除碎片，但这可能涉及高昂的时间成本。 五、虚拟内存 1. 虚拟内存是现代操作系统的重要特性，它使程序能够访问超过实际物理内存容量的地址空间。通过页面交换技术，不常用的数据被暂时移到磁盘上，腾出物理内存给活跃的进程使用。 六、内存保护 1. 为了防止进程之间的数据干扰，操作系统会在分配内存时设置保护标志，限制对内存区域的访问权限。 2. 内存保护机制包括页表项中的访问权限位、硬件陷阱和异常处理机制。 总结，主存储器空间的分配和回收是操作系统设计的关键部分，它涉及到内存分区、页/段管理、页面替换、内存保护和碎片管理等多个方面。理解这些概念对于优化系统性能和确保程序稳定运行至关重要。