内存管理.pdf

### 内存管理知识点概述 #### 一、内存管理的基本概念 内存管理是操作系统的核心功能之一，主要负责处理计算机系统中内存资源的分配与回收，确保各进程在执行过程中能够高效利用内存空间，并且避免相互干扰。内存管理的目标主要包括：提高内存利用率、减少内存碎片、支持虚拟内存以及提供内存保护等功能。 #### 二、链接方式 - **静态链接**：在程序运行前一次性完成全部链接工作，即将所有使用的库函数和模块链接在一起。 - **装入时动态链接**：在程序加载到内存的过程中，动态地链接所需的模块和库函数。 - **运行时动态链接**：仅在运行过程中根据需要动态链接相应的模块和库函数。 #### 三、装入方式 - **绝对装入**：将程序直接装入到内存的指定地址，适用于单用户单任务环境。 - **可重定位装入**：根据当前内存的可用情况，动态确定程序在内存中的位置。 - **静态重定位**：在程序装入内存之前，由装入程序完成地址转换。 - **动态重定位**：程序在执行期间由硬件地址转换机构完成地址转换。 #### 四、覆盖技术 - **覆盖技术**：通过将不常用的部分暂时保存在外存中，当需要时再调入内存。这种方式适用于不需要频繁调用的代码或数据段。 - 特点：每个用户程序空间被划分为若干个覆盖区，每个覆盖区可以独立加载或卸载。 - 优势：减少了内存占用，提高了内存利用率。 #### 五、交换技术 - **交换技术**：将内存中的部分进程或进程的一部分临时换到外存上，以便释放内存空间供其他进程使用。 - 交换区：专门用于存放被换出的进程或进程部分的区域。 - 优势：能够有效利用有限的内存资源，支持更多的进程并发执行。 #### 六、连续分配策略 - **单道连续分配**：整个内存被划分为系统区和用户区两部分，其中用户区只能存放一个用户程序，适用于早期的单用户单任务操作系统。 - 优点：无外部碎片。 - 缺点：存在内部碎片，且无法支持多道程序设计。 - **多道固定连续分配**： - **分区大小相等**：适合于控制同一类型的多个对象（如多个炼钢炉）。 - 优点：实现简单，无外部碎片。 - 缺点：存在内部碎片，且可能无法容纳较大的程序。 - **分区大小不等**：增强了系统的灵活性。 - 优点：同样实现简单，无外部碎片。 - 缺点：存在内部碎片，可能无法容纳较大的程序。 - **多道动态连续分配**：内存空间被动态地划分为大小不固定的分区，以适应各种大小不同的程序。 - 数据结构：通常使用数组或链表来表示空闲内存区。 - **“紧凑”技术**：通过移动内存中的程序，将分散的小空闲分区合并成大的空闲分区，以减少外部碎片。 - 内存分配算法： - **首次适应算法**：按地址递增顺序寻找第一个足够大的空闲分区。 - **最佳适应算法**：按容量递增顺序寻找最适合的空闲分区。 - **最坏适应算法**：按容量递减顺序寻找足够的空闲分区。 - **邻近适应算法**：按上次分配的位置继续搜索下一个合适的空闲分区。 #### 七、非连续分配策略 - **页式存储管理**： - **内存**：被划分为固定大小的页框。 - **进程**：被划分为同样大小的页面。 - 重要的数据结构：“页表”，用于记录页面到页框的映射关系。 - 页表存放形式：连续存放。 - **逻辑地址结构**： - 页号 = 逻辑地址 ÷ 页面长度。 - 页内偏移量 = 逻辑地址 % 页面长度。 - **地址转换过程**：根据页号查页表，获取页框号，加上偏移量得到物理地址。 - 使用“快表”（TLB）加速地址转换。 - 局部性原理：程序在一段时间内访问的页面相对集中。 - 多级页表：为了解决页表过大而占用过多内存的问题。 - **段式存储管理**： - **逻辑地址结构**：（段号，段内偏移量）。 - **段表**：记录了每个段在内存中的起始地址和长度。 - 段式存储管理的优势在于可以更好地支持程序的动态增长和信息共享。 - **段页式存储管理**： - 结合了页式和段式的优点。 - 段表记录每个段的起始地址和长度，以及该段的页表地址。 - 每个段内的页面有自己的页表。 #### 八、总结 内存管理是操作系统中极其重要的组成部分，通过合理的设计和选择适当的内存管理技术，不仅可以提高内存的使用效率，还能有效提升系统的整体性能。上述讨论了静态链接、动态链接、装入方式、覆盖技术、交换技术以及连续分配和非连续分配等多种内存管理技术，每种技术都有其适用场景和优缺点。对于现代操作系统而言，非连续分配策略尤其是页式存储管理因其良好的内存利用效率和易于实现的虚拟内存机制而成为主流选择。