操作系统是计算机系统的核心组成部分，它负责管理系统的硬件资源，其中包括主存分配这一关键任务。主存，也称为内存，是计算机程序运行时直接使用的存储区域。在操作系统课程设计中，理解并实现主存分配机制是提升对操作系统工作原理理解的重要环节。
主存分配主要涉及以下几个知识点：
1. **内存管理概念**：内存管理是操作系统中的核心功能，其目标是高效、公平地分配内存资源给各个进程。这包括内存的分配、回收、保护以及地址映射等。
2. **连续分配方式**：早期的操作系统采用连续分配策略，即为每个进程分配一段连续的内存空间。这种方式简单，但容易造成内存碎片。主要分为单一连续分配、固定分区分配和动态分区分配。
- **单一连续分配**：所有程序都在主存的同一区域运行，适用于只运行一个大型程序的系统。
- **固定分区分配**：将内存划分为若干固定大小的区域，每个进程只能分配到一个分区，可能导致内部碎片。
- **动态分区分配**：根据进程的实际需求动态划分内存，可能产生外部碎片。
3. **非连续分配方式**：为了解决碎片问题，现代操作系统常采用非连续分配，如分页和分段。
- **分页**：将内存和进程的地址空间划分为固定大小的页，通过页表进行逻辑地址到物理地址的映射，有效减少外部碎片。
- **分段**：以逻辑单元（段）为单位分配内存，每个段的长度可变，更灵活，但可能导致内部碎片。
4. **虚拟内存**：虚拟内存是一种技术，它使得每个进程都感觉自己独享整个主存，实际上是由物理内存和磁盘上的交换空间共同组成的。通过页面替换算法（如最佳替换、最久未使用、最近最少使用等）管理虚拟内存。
5. **内存保护**：为了防止进程间的相互干扰，操作系统会设置内存保护机制，如访问权限位，确保每个进程只能访问自己被授权的内存区域。
6. **内存分配算法**：在动态分区分配中，有多种内存分配算法，如首次适应、最佳适应、最差适应等，它们各有优缺点，影响内存分配效率和碎片产生。
7. **内存碎片**：内存碎片分为内部碎片（分配给进程的空间大于实际需要，剩余部分无法利用）和外部碎片（空闲空间不足以满足新的分配请求，但所有空闲空间加起来又足够）。有效的内存管理策略应尽可能减少这两种碎片。
在“操作系统课程设计之主存分配”项目中，学生通常会被要求实现以上的一些机制，比如模拟内存分配过程，设计内存管理模块，选择和实现一种或多种内存分配算法，并考虑如何处理碎片问题。此外，还可能涉及内存的申请、释放、页面调度和异常处理等相关功能。这样的实践有助于加深对操作系统内存管理理论的理解，提高编程和问题解决能力。
