[英文原版课件]操作系统 精髓与设计原理 第6版 - Chapter7-new

[英文原版课件]操作系统_精髓与设计原理_第6版 - Operating Systems Internals and Design Principles, 6th Edition-Chapter7-new ### 操作系统内存管理原理与技术 在《操作系统：精髓与设计原理》第六版的第七章中，作者威廉·斯托林斯（William Stallings）和戴夫·布雷默（Dave Bremer）深入探讨了操作系统内存管理的核心概念和技术。本章节主要关注内存管理的基本需求、分区方法、基本内存管理单元、分页、分段以及内存管理的需求等方面。 #### 内存管理概述 随着现代应用对内存需求的增长，即使硬件成本持续下降，系统仍然面临内存资源的挑战。内存管理是操作系统中的一个关键功能，它负责在主存储器与辅助存储器之间交换数据块。相比CPU的运行速度，内存输入/输出操作相对较慢，因此操作系统必须巧妙地控制这些交换以最大化CPU的效率。 #### 内存管理的基本要求 - **重定位**：程序在执行时的位置不确定，可能会被交换到磁盘然后再返回主存的不同位置。因此，内存引用需要转换为实际的物理地址。 - **保护**：为了防止进程访问其他进程的内存区域，必须在运行时检查内存引用的有效性。 - **共享**：多个进程可以访问相同的内存区域，以减少每个进程拥有独立副本带来的开销。 - **逻辑组织**：内存通常按线性方式组织。程序由多个模块组成，这些模块可以独立编写和编译，并具有不同的保护级别（如只读或只执行）。 - **物理组织**：为了减轻程序员管理内存的责任，操作系统需要采用特定的技术来管理和分配内存。 #### 分区管理 分区管理是一种早期的内存管理技术，在虚拟内存出现之前使用。尽管这种方法已经不再普遍应用，但它提供了一些重要的基础知识，对于理解更复杂的内存管理策略至关重要。分区管理涉及到将内存划分为若干个固定大小或可变大小的区域，每个区域可以分配给不同的进程。然而，这种方法存在一些局限性，比如当进程的大小与分区不匹配时会导致浪费或者无法满足进程的需求。 #### 分页 分页是一种将内存划分为固定大小页面的技术，这有助于更高效地利用内存空间。在分页系统中，操作系统将进程的虚拟地址空间划分为一系列相同大小的页面，并将这些页面映射到主存中同样大小的物理帧上。通过这种方式，即使是非连续的物理内存也可以有效地用于存储进程的数据和代码。 #### 分段 与分页不同，分段技术允许进程根据其自然结构（例如，代码段、数据段等）进行划分。每个段可以具有不同的大小，并且可以单独保护和共享。这种灵活性使得分段成为实现逻辑组织的有效手段，尤其是在涉及多个进程共享相同代码或数据的情况下。 #### 总结 第七章通过介绍内存管理的基本概念和技术，为我们提供了深入理解操作系统如何有效管理有限内存资源的基础。从简单的分区管理到更先进的分页和分段技术，这些方法共同构成了现代操作系统内存管理的关键组成部分。通过对这些技术的理解，不仅可以帮助我们更好地设计和优化软件系统，还能提高对底层硬件资源利用的认识。