第3章内存管理
计算机基础知识解密计算机中的操作系统内存管理
计算机基础知识解密计算机中的操作系统内存管理计算机操作系统是一个复杂的软件系统，它负责管理计算机的各项资源，其中之一就是内存管理。
内存管理是操作系统的核心功能之一，它负责管理计算机的内存资源，包括内存的分配、回收以及进程间的内存共享等。
本文将解密计算机中的操作系统内存管理的基础知识。
一、内存管理的概述内存是计算机中用于存储指令和数据的物理空间，它是计算机系统中最重要的资源之一。
操作系统通过合理地管理内存，可以提高计算机系统的效率和性能。
内存管理的主要任务包括内存的分配和回收、地址映射、内存保护和共享等。
二、内存的分配和回收在计算机系统中，内存是通过进程进行分配和使用的。
操作系统需要为每个进程分配内存空间，同时需要在进程结束后回收这些被分配的内存空间。
内存的分配通常采用动态分配的方式，即根据进程的需要，动态地分配内存空间。
常见的动态分配算法有首次适应算法、最佳适应算法和最坏适应算法等。
三、地址映射在计算机系统中，进程使用的是逻辑地址，而不是物理地址。
逻辑地址是相对于进程的基址而言的，操作系统需要将逻辑地址转换为物理地址才能访问内存中的数据。
地址映射是内存管理的一个重要任务，它负责将逻辑地址映射为物理地址。
地址映射可以通过页表或段表来实现，这些表中保存了逻辑地址与物理地址的映射关系。
四、内存保护在多道程序环境下，为了保证各个进程之间的内存空间相互隔离，操作系统需要进行内存保护。
内存保护可以通过段机制和页机制来实现，即将内存划分为若干个不同的段或页，并通过权限位来控制各个段或页的访问权限，从而保证各个进程之间的内存空间相互隔离。
五、内存共享在某些情况下，多个进程可能需要共享同一块内存空间，这就需要操作系统提供内存共享的机制。
内存共享可以通过共享页表或共享段表来实现，即多个进程共享同一块物理内存，从而实现数据的共享和通信。
六、虚拟内存技术虚拟内存是计算机系统中一个重要的内存管理技术，它将磁盘空间扩展成一种看似无限大的逻辑内存空间。
内存管理总结知识点
内存管理总结知识点1. 内存管理的基本概念- 主要任务：内存管理的主要任务是为进程分配内存空间，并在进程执行完毕后将内存释放，以便其他进程使用。
- 虚拟内存：虚拟内存是一种利用辅助存储器（如硬盘）的技术，它使得计算机系统可以处理比物理内存更大的数据和程序。
虚拟内存通过分页机制来管理内存，并允许多个进程共享同一块物理内存。
- 内存保护：内存管理还要负责对内存进行保护，使得不同的进程不能访问彼此的内存空间，从而确保系统的安全性和稳定性。
2. 内存管理的组成部分- 内存分配：内存分配是指系统将可用的内存空间分配给进程使用。
常用的内存分配算法包括首次适应算法、最佳适应算法和最坏适应算法。
- 内存回收：内存回收是指系统将不再使用的内存空间释放出来，以供其他进程使用。
内存回收的方法包括垃圾回收、内存整理和内存压缩等。
- 内存映射：内存映射是一种将磁盘上的文件映射到进程的地址空间中的技术，它能够提高系统的效率和性能。
- 页面置换：页面置换是一种将物理内存中的页面替换出去，以便为新的页面让出空间的技术。
常用的页面置换算法包括先进先出（FIFO）算法、最近最少使用（LRU）算法和时钟（Clock）算法。
3. 内存管理的基本原则- 局部性原理：局部性原理是指程序在执行过程中会倾向于访问局部性较高的数据和指令，因此利用局部性原理可以提高内存访问的效率。
- 内存保护：内存保护是指系统要对内存进行保护，以防止进程越界访问或者非法访问，从而保证系统的安全性和稳定性。
- 内存利用率：内存利用率是指系统要尽可能地充分利用可用的内存资源，从而提高系统的性能和效率。
4. 内存管理的常用技术和算法- 分区分配：分区分配是一种将内存空间分成大小不等的分区，以便为进程分配内存的技术。
常用的分区分配算法包括首次适应算法、最佳适应算法和最坏适应算法。
- 分页机制：分页机制是一种将物理内存和虚拟内存分成大小相等的页面，以便为进程分配内存的技术。
《现代操作系统第四版》 第三章 答案
第三章内存管理习题1.IBM360有一个设计，为了对2KB大小的块进行加锁，会对每个块分配一个4bit的密钥，这个密钥存在PSW（程序状态字）中，每次内存引用时，CPU都会进行密钥比较。
但该设计有诸多缺陷，除了描述中所言，请另外提出至少两条缺点。
A：密钥只有四位，故内存只能同时容纳最多十六个进程；需要用特殊硬件进行比较，同时保证操作迅速。
2.在图3-3中基址和界限寄存器含有相同的值16384，这是巧合，还是它们总是相等？如果这只是巧合，为什么在这个例子里它们是相等的？A：巧合。
基地址寄存器的值是进程在内存上加载的地址；界限寄存器指示存储区的长度。
3.交换系统通过紧缩来消除空闲区。
假设有很多空闲区和数据段随机分布，并且读或写32位长的字需要10ns的时间，紧缩128MB大概需要多长时间？为了简单起见，假设空闲区中含有字0，内存中最高地址处含有有效数据。
A：32bit=4Byte===>每字节10/4=2.5ns 128MB=1282^20=2^27Byte 对每个字节既要读又要写，22.5*2^27=671ms4.在一个交换系统中，按内存地址排列的空闲区大小是10MB，4MB，20MB，18MB，7MB，9MB，12MB，和15MB。
对于连续的段请求：(a) 12MB(b) 10MB(c) 9MB使用首次适配算法，将找出哪个空闲区？使用最佳适配、最差适配、下次适配算法呢？A：首次适配算法：20MB，10MB，18MB；最佳适配算法：12MB，10MB，9MB；最差适配算法：20MB；18MB；15MB；下次适配算法：20MB；18MB；9MB；5.物理地址和虚拟地址有什么区别？A：实际内存使用物理地址。
这些是存储器芯片在总线上反应的数字。
虚拟地址是指一个进程的地址空间的逻辑地址。
因此，具有32位字的机器可以生成高达4GB的虚拟地址，而不管机器的内存是否多于或少于4GB。
6.对下面的每个十进制虚拟地址，分別使用4KB页面和8KB页面计算虚拟页号和偏移量：20000，32768，60000。
操作系统第二版课后习题答案
操作系统第二版课后习题答案操作系统第二版课后习题答案操作系统是计算机科学中的重要领域，它负责管理计算机硬件和软件资源，为用户提供良好的使用体验。
在学习操作系统的过程中，课后习题是巩固和深化知识的重要方式。
本文将为大家提供操作系统第二版课后习题的答案，帮助读者更好地理解和掌握操作系统的知识。
第一章：引论1. 操作系统的主要功能包括进程管理、内存管理、文件系统管理和设备管理。
2. 进程是指正在执行的程序的实例。
进程控制块（PCB）是操作系统用来管理进程的数据结构，包含进程的状态、程序计数器、寄存器等信息。
3. 多道程序设计是指在内存中同时存放多个程序，通过时间片轮转等调度算法，使得多个程序交替执行。
4. 异步输入输出是指程序执行期间，可以进行输入输出操作，而不需要等待输入输出完成。
第二章：进程管理1. 进程调度的目标包括提高系统吞吐量、减少响应时间、提高公平性等。
2. 进程调度算法包括先来先服务（FCFS）、最短作业优先（SJF）、优先级调度、时间片轮转等。
3. 饥饿是指某个进程长时间得不到执行的情况，可以通过调整优先级或引入抢占机制来解决。
4. 死锁是指多个进程因为争夺资源而陷入无限等待的状态，可以通过资源预分配、避免环路等方式来避免死锁。
第三章：内存管理1. 内存管理的主要任务包括内存分配、内存保护、地址转换等。
2. 连续内存分配包括固定分区分配、可变分区分配和动态分区分配。
3. 分页和分段是常见的非连续内存分配方式，分页将进程的地址空间划分为固定大小的页，分段将进程的地址空间划分为逻辑段。
4. 页面置换算法包括最佳置换算法、先进先出（FIFO）算法、最近最久未使用（LRU）算法等。
第四章：文件系统管理1. 文件是操作系统中用来存储和组织数据的逻辑单位，可以是文本文件、图像文件、音频文件等。
2. 文件系统的主要功能包括文件的创建、删除、读取、写入等操作。
3. 文件系统的组织方式包括层次目录结构、索引结构、位图结构等。
计算机内存管理
计算机内存管理计算机内存管理是操作系统中非常重要的一个概念。
它涉及到对内存资源的分配、释放以及优化利用，从而保证计算机系统的高效运行。
本文将从内存管理的定义、功能、常见问题以及解决方案等方面进行探讨。
一、内存管理的定义计算机内存管理指的是操作系统对计算机内存资源的管理和分配。
内存是计算机中用于存储数据和指令的地方，操作系统通过内存管理来确保所有运行的程序都能得到足够的内存空间，并且能够合理、高效地使用这些资源。
二、内存管理的功能1. 内存分配：操作系统需要根据程序的需求，将可用的内存空间分配给相应的程序。
内存分配可以根据不同的策略进行，如首次适应、最佳适应、最坏适应等。
2. 内存保护：为了防止程序之间的相互干扰，操作系统需要对内存进行保护，确保每个程序只能访问自己被分配的内存空间，而不能越界或者修改其他程序的内存。
3. 内存回收：当程序运行结束或者不再需要使用内存时，操作系统需要及时将其占用的内存空间释放出来，以便其他程序能够使用。
4. 内存交换：当内存不足时，操作系统可以将一部分暂时不使用的内存数据交换到磁盘上，从而释放出内存空间给其他程序使用。
5. 内存整理：由于程序的运行和结束，内存中会出现一些空闲的碎片，影响内存的利用效率。
操作系统可以通过内存整理的方式，将这些碎片整理成为连续的内存块，从而提高内存的利用率。
三、常见的内存管理问题及解决方案1. 内存泄漏：指的是程序在运行时分配了内存空间，但是没有及时释放，导致内存资源浪费。
解决内存泄漏问题的关键在于程序员正确地管理内存，包括分配和释放内存的时机和方式。
2. 内存溢出：当程序需要的内存超过了可用的内存空间时，就会发生内存溢出。
解决内存溢出问题可以通过增加内存容量、优化程序算法以及释放不必要的内存空间等方式来实现。
3. 页面置换：当内存中的页面不足时，操作系统需要将一部分内存数据置换出去，以便为新的页面腾出空间。
常见的页面置换算法有最优页面置换、先进先出页面置换以及最近最少使用页面置换等。
linux内存管理
第三章存储管理存储管理子系统时操作系统中最重要的组成部分之一。
在早期计算时代，由于人们所需要的内存数目远远大于物理内存，人们设计出了各种各样的策略来解决此问题，其中最成功的是虚拟内存技术。
它使得系统中为有限物理内存竞争的进程所需内存空间得到满足。
虚拟内存技术不仅仅可让我们可以使用更多的内存，它还提供了以下功能：巨大的寻址空间操作系统让系统看上去有比实际内存大得多的内存空间。
虚拟内存可以是系统中实际物理空间的许多倍。
每个进程运行在其独立的虚拟地址空间中。
这些虚拟空间相互之间都完全隔离开来，所以进程间不会互相影响。
同时，硬件虚拟内存机构可以将内存的某些区域设置成不可写。
这样可以保护代码与数据不会受恶意程序的干扰。
内存映射内存映射技术可以将映象文件和数据文件直接映射到进程的地址空间。
在内存映射中，文件的内容被直接连接到进程虚拟地址空间上。
公平的物理内存分配内存管理子系统允许系统中每个运行的进程公平地共享系统中的物理内存。
共享虚拟内存尽管虚拟内存允许进程有其独立的虚拟地址空间，但有时也需要在进程之间共享内存。
例如有可能系统中有几个进程同时运行BASH命令外壳程序。
为了避免在每个进程的虚拟内存空间内都存在BASH程序的拷贝，较好的解决办法是系统物理内存中只存在一份BASH的拷贝并在多个进程间共享。
动态库则是另外一种进程间共享执行代码的方式。
共享内存可用来作为进程间通讯(IPC)的手段，多个进程通过共享内存来交换信息。
Linux支持SYSTEM V的共享内存IPC机制。
3.1 虚拟内存的抽象模型图3.1 虚拟地址到物理地址映射的抽象模型在讨论Linux是如何具体实现对虚拟内存的支持前，有必要看一下更简单的抽象模型。
在处理器执行程序时需要将其从内存中读出再进行指令解码。
在指令解码之前它必须向内存中某个位置取出或者存入某个值。
然后执行此指令并指向程序中下一条指令。
在此过程中处理器必须频繁访问内存，要么取指取数，要么存储数据。
操作系统概念第九版教学设计
操作系统概念第九版教学设计一、概述操作系统是计算机领域的重要学科，是计算机应用的基石之一。
本文以《操作系统概念(第九版)》为教材，结合自身经验，提出一份适用于操作系统概念课程的教学设计。
二、课程目标1.掌握操作系统相关概念和基础知识；2.熟悉操作系统结构和组成部分；3.学会操作系统资源管理与进程调度；4.了解常见的文件系统和存储管理方式；5.能够运用计算机操作系统解决大规模计算问题。
三、教学内容及安排第一章：操作系统概述1.操作系统概念及历史2.操作系统特征和任务3.操作系统的基本功能4.操作系统的分类及功能安排：1课时第二章：进程管理1.进程概念和进程状态2.进程控制块和进程切换3.进程调度及其算法4.同步和互斥机制5.进程通信安排：3课时第三章：内存管理1.内存管理基础2.连续内存分配方式3.页式存储管理方式4.段式存储管理方式5.虚拟内存管理方式安排：3课时第四章：设备管理1.设备管理概述2.IO系统结构3.设备软件机制4.磁盘管理和文件系统安排：3课时第五章：进程间通信1.进程间通信方式2.管道通信和消息队列通信3.信号通信和共享内存通信安排：2课时第六章：进程调度算法1.进程调度算法及其特性2.先来先服务调度算法3.最短作业优先调度算法4.优先级调度算法5.时间片轮转调度算法安排：2课时第七章：文件系统1.文件系统概述2.文件的逻辑结构3.目录结构和文件管理4.文件存储空间管理安排：2课时第八章：安全性和保护1.安全性和保护的概念2.访问控制和身份认证3.文件访问和备份4.操作系统安全性相关问题安排：2课时第九章：操作系统案例研究1.UNIX和Linux操作系统2.Windows操作系统3.macOS操作系统安排：2课时四、教学方法教学方法分为讲授和实践两种。
其中讲授以教材为主要参考，加强理论讲述和重点难点强化。
实践由教师进行示范和引导，学生自主实践并提交实验报告。
五、考核方式考核方式包括平时练习和期末考试。
内存管理概述
内存管理概述内存管理是计算机系统中的一个重要组成部分，负责有效地分配和管理计算机内存资源。
内存管理的目标是最大限度地提高计算机系统的性能和效率，确保程序能够顺利运行。
以下是内存管理的一般概述：1.内存的层次结构：计算机内存通常分为多个层次，包括寄存器、高速缓存、主存（RAM），以及辅助存储（硬盘、固态硬盘等）。
这些层次的内存具有不同的访问速度和容量。
2.虚拟内存：操作系统通常提供了虚拟内存的概念，允许程序访问比物理内存更大的地址空间。
这使得操作系统能够更灵活地管理内存，将不活跃的数据或代码保存到辅助存储中，从而腾出物理内存供其他程序使用。
3.地址空间：操作系统为每个运行的程序分配一个地址空间，包括代码段、数据段、堆和栈。
这样的划分使得程序在运行时能够访问和管理各种类型的数据。
4.内存分配和释放：内存管理负责在程序请求内存时分配空间，并在程序不再需要时释放空间。
常用的内存分配算法包括首次适应、最佳适应、最坏适应等。
5.内存保护：内存管理需要确保不同程序或进程之间的内存空间相互隔离，以防止彼此干扰。
这包括对于非法内存访问的保护，例如通过使用页面表进行地址转换和访问权限控制。
6.内存交换：当系统的物理内存不足时，操作系统可以通过内存交换将一些数据从内存移到辅助存储中，以便为正在运行的程序提供足够的空间。
7.内存管理单元（MMU）：MMU是计算机体系结构中的硬件组件，用于实现虚拟内存和物理内存之间的地址转换。
MMU通过页表或段表将程序中的虚拟地址映射到物理地址。
总体而言，内存管理是操作系统中的核心功能之一，对系统的性能和稳定性有着重要影响。
有效的内存管理能够提高系统的吞吐量，降低程序的崩溃风险，并确保系统对多任务和多用户的支持。
计算机操作系统内存管理了解内存管理的基本概念和分配算法
计算机操作系统内存管理了解内存管理的基本概念和分配算法计算机操作系统内存管理：了解内存管理的基本概念和分配算法计算机操作系统中的内存管理是保障系统正常运行的关键部分之一。
它负责管理计算机的内存资源，包括内存的分配、回收和保护等操作。
本文将介绍内存管理的基本概念和一些常用的内存分配算法。
一、内存管理的基本概念1. 内存内存指的是计算机中用来存放程序、数据以及操作系统本身运行所需的数据的物理设备。
在计算机中，内存被划分为不同的单元，每个单元都有一个唯一的地址。
2. 内存管理单元（MMU）内存管理单元是计算机中的一个硬件设备，负责将逻辑地址（程序中使用的地址）转换为物理地址（内存中的实际地址），实现对内存的访问。
3. 内存分区内存分区是指将内存划分为不同的区域，每个区域可以用来分配给不同的程序或进程使用。
常见的内存分区方式包括固定分区、可变分区和分页式分区等。
二、内存分配算法1. 固定分区分配算法固定分区分配算法将内存按照事先规定的大小划分为若干固定大小的分区，每个分区只能分配给一个程序或进程使用。
优点是分配简单，缺点是会浪费内存空间。
2. 可变分区分配算法可变分区分配算法根据程序的大小动态地分配内存空间。
当程序执行时，系统根据程序的大小选择一个合适的空闲区域进行分配。
常见的可变分区分配算法有最佳适应算法、首次适应算法和最差适应算法等。
3. 分页式分区分配算法分页式分区分配算法将内存和程序划分为固定大小的页，每个页的大小相同。
当程序执行时，系统将程序按照页的大小进行分割，并将分割后的页面分配给空闲的物理页框。
常见的分页式分区分配算法有等长页式分配算法和可变长页式分配算法。
4. 分段式分区分配算法分段式分区分配算法将程序按照功能或模块进行划分，并为每个功能或模块分配一个独立的内存段。
每个内存段的大小可以根据程序的需求进行动态调整。
常见的分段式分区分配算法有等长分段分配算法和可变长分段分配算法。
三、内存管理的实现实际的内存管理是由操作系统负责完成的。
内存管理
应用程序要访问动态连接库函数，它应该做下面三件事：建立库函数原型，调用库函数，引入库函数。建立 库函数原型一般通过在C语言源文件中包含动态连接库的头文件解决，
分配全局内存对象
全局内存对象使用GlobalAlloc函数分配，它和使用LocalAlloc分配局部内存对象很相似。使用 GlobalAlloc的例子我们将和GlobalLock一起给出。
加锁与解锁
全局内存对象使用GlobalLock函数加锁，所有全局内存对象在存取前都必须加锁。GlobalLock将对象锁定 在内存固定位置，并返回一个远指针，此指针在调用GlobalUnlock之前保持有效。
技术简介
内存可以通过许多媒介实现，例如磁带或是磁盘，或是小阵列容量的微芯片。从1950年代开始，计算机变的 更复杂，它内部由许多种类的内存组成。内存管理的任务也变的更加复杂，甚至必须在一台机器同时执行多个进 程。
虚拟内存是内存管理技术的一个极其实用的创新。它是一段程序（由操作系统调度），持续监控着所有物理 内存中的代码段、数据段，并保证他们在运行中的效率以及可靠性，对于每个用户层（user-level）的进程分配 一段虚拟内存空间。当进程建立时，不需要在物理内存件之间搬移数据，数据储存于磁盘内的虚拟内存空间，也 不需要为该进程去配置主内存空间，只有当该进程被被调用的时候才会被加载到主内存。
加锁与解锁
上面程序段分配的固定局部内存对象可以由应用程序直接存取，但是，Windows并不鼓励使用固定内存对象。 因此，在使用可移动和可删除内存对象时，就要经常用到对内存对象的加锁与解锁。
操作系统实验-内存管理
操作系统实验-内存管理操作系统实验内存管理在计算机系统中，内存管理是操作系统的核心任务之一。
它负责有效地分配和管理计算机内存资源，以满足各种程序和进程的需求。
通过本次操作系统实验，我们对内存管理有了更深入的理解和认识。
内存是计算机用于存储正在运行的程序和数据的地方。
如果没有有效的内存管理机制，计算机系统将无法高效地运行多个程序，甚至可能会出现内存泄漏、内存不足等严重问题。
在实验中，我们首先接触到的是内存分配策略。
常见的内存分配策略包括连续分配和离散分配。
连续分配是将内存空间视为一个连续的地址空间，程序和数据被依次分配到连续的内存区域。
这种方式简单直观，但容易产生内存碎片，降低内存利用率。
离散分配则将内存分成大小相等或不等的块，根据需求进行分配。
其中分页存储管理和分段存储管理是两种常见的离散分配方式。
分页存储管理将内存空间划分为固定大小的页，程序也被分成相同大小的页，通过页表进行映射。
分段存储管理则根据程序的逻辑结构将其分成不同的段，如代码段、数据段等，每个段有不同的访问权限和长度。
接下来，我们研究了内存回收算法。
当程序不再使用分配的内存时，操作系统需要回收这些内存以便再次分配。
常见的内存回收算法有首次适应算法、最佳适应算法和最坏适应算法。
首次适应算法从内存的起始位置开始查找，找到第一个满足需求的空闲区域进行分配；最佳适应算法则选择大小最接近需求的空闲区域进行分配；最坏适应算法选择最大的空闲区域进行分配。
为了更直观地理解内存管理的过程，我们通过编程实现了一些简单的内存管理算法。
在编程过程中，我们深刻体会到了数据结构和算法的重要性。
例如，使用链表或二叉树等数据结构来表示空闲内存区域，可以提高内存分配和回收的效率。
在实验中，我们还遇到了一些实际的问题和挑战。
比如，如何处理内存碎片的问题。
内存碎片是指内存中存在一些无法被有效利用的小空闲区域。
为了解决这个问题，我们采用了内存紧缩技术，将分散的空闲区域合并成较大的连续区域。
操作系统的内存管理
操作系统的内存管理一、引言操作系统是计算机系统中最重要的组成部分之一，它承担着对计算机资源的管理和调度任务。
内存管理是操作系统中的重要功能之一，它负责将计算机的内存资源进行合理的划分和分配，以满足程序的执行需求。
本文将介绍操作系统的内存管理原理和常见的内存管理算法。
二、内存管理的基本原理内存是计算机中用于存储和运行程序的重要资源，操作系统通过内存管理来管理和控制这些资源。
内存管理的基本原理主要包括地址空间和内存分区。
1. 地址空间地址空间是指操作系统为每个进程分配的独立的内存地址范围。
每个进程都有自己的地址空间，通过地址空间，进程可以访问自己所需的内存区域。
常见的地址空间划分方式有固定分区和动态分区。
2. 内存分区内存分区是指将内存划分为多个连续的区域，每个区域可以分配给一个进程或多个进程使用。
常见的内存分区算法有固定分区、动态分区和分段式分区。
固定分区是指将内存划分为固定大小的若干分区，每个分区可以分配给一个进程使用。
这种方案简单，但对内存的利用率较低。
动态分区是指在内存中插入空闲分区，每次分配内存时根据需要进行分区划分。
这种方式可以更好地利用内存，但也增加了管理的复杂性。
分段式分区是指将内存按逻辑上的段进行划分，每个段可以包含一个或多个程序模块。
这种方式更加灵活，适应性更强。
三、常见的内存管理算法为了高效地使用内存资源，操作系统采用了一些常见的内存管理算法。
1. 最先匹配算法最先匹配算法是指在内存中查找第一个满足分配要求的空闲分区。
这种算法简单直观，但容易导致内存碎片化。
2. 最佳匹配算法最佳匹配算法是指在内存中查找最小的满足分配要求的空闲分区。
这种算法可以减少内存碎片化，但需要遍历整个内存空间，效率较低。
3. 邻近匹配算法邻近匹配算法是指在内存中查找与所需大小最接近的空闲分区。
这种算法比较灵活，可以更好地适应不同大小的程序。
四、内存管理的优化策略为了进一步提高内存管理的效率和性能，操作系统采用了一些优化策略。
操作系统内存管理
操作系统内存管理在计算机系统中，操作系统的内存管理是一项至关重要的任务。
内存作为计算机用于存储数据和程序的关键组件，其管理的优劣直接影响着系统的性能和稳定性。
内存就好比是一个巨大的仓库，而操作系统则是负责管理这个仓库的“管理员”。
想象一下，如果这个仓库没有合理的规划和管理，物品（数据和程序）就会被随意堆放，导致寻找和使用时变得极为困难，甚至会出现混乱和错误。
那么，操作系统是如何管理内存的呢？首先，内存被划分成不同的区域。
其中，有一部分是操作系统自身使用的，被称为内核空间。
而剩下的大部分则供用户程序使用，称为用户空间。
这种划分有助于保护操作系统的核心部分不被用户程序意外修改，保障系统的稳定性。
在内存管理中，地址空间的概念非常重要。
每个进程都认为自己拥有从 0 开始的连续的地址空间，但实际上，这些地址在物理内存中可能是分散分布的。
操作系统通过地址映射机制，将进程的虚拟地址转换为物理内存中的实际地址。
这就像是给每个进程都提供了一个独立的“虚拟仓库”，让它们在其中自由操作，而无需关心物理内存的真实布局。
内存分配也是一个关键环节。
当一个程序需要使用内存时，操作系统会根据其需求为其分配一定的内存空间。
常见的内存分配算法有首次适应算法、最佳适应算法和最坏适应算法等。
首次适应算法是从内存的起始位置开始查找，找到第一个能满足需求的空闲区域进行分配；最佳适应算法则是在所有空闲区域中找到大小最接近需求的区域进行分配；最坏适应算法则是选择最大的空闲区域进行分配。
为了提高内存的利用率，操作系统还采用了分页和分段的技术。
分页是将内存划分为固定大小的页，分段则是根据程序的逻辑结构将其划分为不同的段。
通过分页和分段，操作系统可以更灵活地管理内存，减少内存碎片的产生。
内存回收也是内存管理的重要组成部分。
当一个进程结束或释放了不再使用的内存时，操作系统需要将这些内存回收，以便再次分配给其他进程使用。
如果回收不及时或不正确，就会导致内存泄漏，使得可用内存越来越少，最终影响系统的性能。
王道操作系统第三章内存管理思维导图脑图
第三章 内存管理内存管理内存的基础知识什么是内存？有何作用？内存可存放数据程序执行前需要先放到内存中才能被CPU处理——缓和CPU与硬盘之间的速度矛盾内存中也有一个一个的“小房间”，每个小房间就是一个“存储单元”如果计算机“按字节编址”则每个存储单元大小为1字节，即1B，即8个二进制位如果字长为16位的计算机“按字编址”，则每个存储单元大小为1个字；每个字的大小为16个二进制位内存从0开始，每个地址对应一个存储单元进程运行的基本原理指令的工作原理操作码+若干参数〔可能包含地址参数）可见，我们写的代码要翻译成CPU能识别的指令。
这些指令会告诉cPU应该去内存的哪个地址读/写数据，这个数据应该做什么样的处理。
在这个例子中，我们默认让这个进程的相关内容从地址#0开始连续存放，指令中的地址参数直接给出了变量x的实际存放地址（物理地址）逻辑地址（相对地址）vs物理地址（绝对地址）程序经过编译、链接后生成的指令中指明的是逻辑地址（相对地址)，即相对于进程的起始地址而言的地址三种装入方式绝对装入编译时产生绝对地址在编译时，如果知道程序将放到内存中的哪个位置，编译程序将产生绝对地址的目标代码。
装入程序按照装入模块中的地址，将程序和数据装入内存。
绝对装入只适用于单道程序环境可重定位装入（静态重定位）装入时将逻辑地址转换为物理地址编译、链接后的装入模块的地址都是从0开始的，指令中使用的地址、数据存放的地址都是相对于起始地址而言的逻辑地址。
可根据内存的当前情况，将装入模块装入到内存的适当位置。
装入时对地址进行“重定位”，将逻辑地址变换为物理地址（地址变换是在装入时一次完成的）特点在一个作业装入内存时，必须分配其要求的全部内存空间，如果没有足够的内存，就不能装入该作业。
作业一旦进入内存后，在运行期间就不能再移动，也不能再申请内存空间动态运行时装入（动态重定位）运行时将逻辑地址转换为物理地址，需设置重定位寄存器编译、链接后的装入模块的地址都是从0开始的。
OS--第三章 徐宗元
动态重定位的示意图
中央处理器CPU 指令寄存器LOAD 1,2500 2500(逻辑地址) 10000
重定位寄存器 重定位寄存
0：
LOAD 1，2500
10100
100
LOAD 1，2500
10000
2500 +
MMU(存储管理部件)
365
365 12500 物理地 址 内存的地址 空间
2600
程序的地址空间
存储层次结构图
存储器存取时间减少 高速缓存器 <10MB 1~2时钟
存储器存取速度增加 主存 每位存储器成本增加 <1GB 1~4时钟
存储器容量减少
辅存
<100GB 5~50ms
存储层次结构-1
存储器的功能是保存数据，存储器的发展方向是高速、大容 量和小体积。 内存在访问速度方面的发展：DRAM、SDRAM、SRAM等； 硬盘技术在大容量方面的发展：接口标准、存储密度等； 存储组织是指在存储技术和CPU寻址技术许可的范围内组织 合理的存储结构。 其依据是访问速度匹配关系、容量要求和价格。 “寄存器-内存-外存”结构 “寄存器-缓存-内存-外存”结构； 微机中的存储层次组织： 访问速度越慢，容量越大，价格越便宜； 最佳状态应是各层次的存储器都处于均衡的繁忙状态 （如：缓存命中率正好使主存读写保持繁忙）；
CPU芯片
动态重定位-1
当CPU执行该指令时，地址变换硬件逻辑自动将指令 中的逻辑地址2500与重定位寄存器中的值相加，再 根据和值作为内存的绝对地址去访问该单元的数据， 读入的数据送到寄存器1。完成地址变换硬件是属于 存储管理部件 MMU，目前它已集成到中央处理器CPU 中。 由此可见，动态重定位是在指令执行过程中动态 进行，它由硬件完成，这样可以带来两个好处：⑴ 目标程序装入内存时无需任何修改，所以装入之后 再移动也不会影响其正确运行，这便于存储器用紧 缩来解决存储器的碎片问题。⑵一个程序由若干个 相对独立的目标模块组成时，每个目标模块各装入 一个存储区域，这些存储区域可以不相领接，只要 各个模块有自己对应的重定位寄存器就可以了。
内存管理
内存管理内存管理是计算机系统中非常重要的组成部分，它负责控制和分配计算机的内存资源，以及确保程序能够正常运行。
本文将从内存管理的定义、目的、原理和常见的内存管理技术等方面进行深入探讨。
首先，内存管理可以定义为操作系统中的一个关键子系统，用于控制计算机上内存的分配与回收。
内存是计算机中存储数据和程序代码的地方，因此合理、高效地管理内存资源对于计算机系统的性能和稳定性至关重要。
目标是使得每个程序都能够获得足够的内存，从而顺利运行，并避免内存溢出等问题。
内存管理的主要目的是为程序提供一个良好的执行环境。
为了实现这一目标，操作系统必须确保内存资源的正确分配和回收。
一方面，当程序需要内存时，操作系统应当能够分配足够的内存空间给它，使其能够顺利执行。
另一方面，当程序终止或释放内存时，操作系统应当能够及时回收这些内存资源，以便其他程序可以利用。
因此，内存管理需要解决的核心问题是如何在有限的内存资源中，合理地分配给不同的程序，以及如何及时回收未使用的内存空间。
为了实现内存的高效管理，现代操作系统采用了多种内存管理技术。
其中最常见的包括分页、分段和虚拟内存等。
分页是将物理内存划分为固定大小的页面，并将程序的逻辑地址划分为相同大小的页面。
分段是将程序按照逻辑上的功能划分为不同的段，并将每个段映射到物理内存中的不同位置。
虚拟内存是一种通过将部分程序数据存储在磁盘上，以提供更大内存空间的技术。
在分页管理中，操作系统通过将程序的逻辑地址转换为物理地址来实现内存的分配。
该过程中，操作系统会维护一个页表，用于记录逻辑地址和物理地址之间的映射关系。
分页管理可以有效地利用内存空间，提高程序的执行效率。
然而，分页管理也存在一些问题，例如内部碎片和外部碎片的产生，以及页表的维护等。
分段管理是将程序按照逻辑功能进行划分，并将每个段映射到物理内存中的不同位置。
这样可以提高内存的利用率，减少碎片，并且方便程序的加载和卸载。
然而，分段管理也面临着外部碎片和段表的维护问题。
计算机操作系统管理 内存管理
简单存储管理
定位和重定位 程序的装入 绝对装入方式(Absolute Loading Mode)
程序中所使用的绝对地址，既可在编译或汇编时给出， 也可由程序员 直接赋予
例如：ORG 1000H
可重定位装入方式(Relocation Loading Mode)
静态 动态
简单存储管理
选择
分区分配内存管理方式的主要保护措施是
A．界地址保护 B．程序代码保护 C．数据保护 D．栈保护
综合题
页号 0 1 2
页框号 101H ---254H
有效位 1 0 1
请求分页管理系统中，假设某进程的页表内容如左表所示，页面大 小为4KB，一次内存的访问时间是100ns，一次快表（TLB）的访问 时间是10ns，处理一次缺页的平均时间为108ns（己含更新TLB和页 表的时间），进程的驻留集大小固定为2，采用最近最少使用置换算 法（LRU）和局部淘汰策略。假设①TLB初始为空；②地址转换时先 访问TLB，若TLB未命中，再访问页表（忽略访问页表之后的TLB更新 时间）；③有效位为0表示页面不在内存，产生缺页中断，缺页中断
若工作集的窗口大小为6，则在t时刻的工作集为 A．{6，0，3，2} B．{2，3，0，4} C．{0，4，3，2，9} D．{4，5，6，0，3，2}
虚拟存储管理
Belady’s 异常 Thrashing 抖动
选择
在页式虚拟存储管理系统中，采用某些页面置换算法，会出现 Belady异常现象，即进程的缺页次数会随着分配给该进程的页框个 数的增加而增加。下列算法中，可能出现Belady异常现象的是
A．28字节 B．216字节 C．224字节 D．232字节
选择
某计算机采用二级页表的分页存储管理方式，按字节编址， 页大小为210字节，页表项大小为2字节，逻辑地址结构为 下图所示，逻辑地址空间大小为216页，则表示整个逻辑
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程序的装入
动态运行时装入方式： 动态运行时装入方式：动态运行时的装 入程序，在把装入模块装入内存后， 入程序，在把装入模块装入内存后，并 不立即把装入模块中的相对地址转换为 绝对地址， 绝对地址，而是把这种地址转换推迟到 程序要真正执行时才进行。 程序要真正执行时才进行。 适于多道环境 允许程序移动，如切换 动态重定位 需要特殊硬件支持（重定位寄存器）
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1 退出
存储器的层次结构
多级存储器结构
一般计算机，存储层次至少应具有三级：最高层为 一般计算机，存储层次至少应具有三级：最高层为CPU寄存 寄存 中间为主存，最底层是辅存。较高档计算机中， 器，中间为主存，最底层是辅存。较高档计算机中，根据具 体功能分为6层 体功能分为 层，如图
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程序的链接
链接程序的功能是将经过编译或汇编后所得到 的一组目标模块以及它们所需要的库函数， 的一组目标模块以及它们所需要的库函数，装 配成一个完整的装入模块。 配成一个完整的装入模块。 实现链接的方法有三种 实现链接的方法有三种
静态链接：事先进行链接， 静态链接：事先进行链接，以后不再拆开的链接方式 装入时动态链接： 装入时动态链接：用户源程序经编译后所得到的目标 模块，是在装入内存时，边装入边链接的。 模块，是在装入内存时，边装入边链接的。 运行时动态链接：某些目标模块的链接， 运行时动态链接：某些目标模块的链接，是在程序执 行中需要该（目标）模块时， 行中需要该（目标）模块时，才对它进行链接
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程序的装入
动态重定位： 动态重定位：
0 100 相对地址 2500 LOAD1,2500 重定位寄存器 10000 10000 10100 LOAD1,2500
2500
365
＋
12500
365
5000
作业J 处理机一侧 存储器一侧
15000
主存Байду номын сангаас
如上图所示，作业装入内存后，仍是逻辑地址，没有进行重定 位，当运行过程中运行到这一句时，将逻辑地址2500加上重定 位寄存器中的10000，即是需要的物理地址。此种情况下，作业 中的地址一直保持是逻辑地址，如果发生了内存中的移动，将 新的内存起始位置传给重定位寄存器即可，也就是重定位寄存 2011-4-25 器中一直记录着当前作业所在内存的起始地址。
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程序的装入
绝对装入方式只能将目标模块装入到内 存中事先指定的位置。 存中事先指定的位置。在多道程序环境 下，编译程序不可能预知所编译的目标 模块应放在内存的什么地方， 模块应放在内存的什么地方，因此在多 道程序环境下， 道程序环境下，所得到的目标模块的起 始地址通常是从0开始的 开始的， 始地址通常是从 开始的，程序中的其 它地址都是相对于起始地址计算的。 它地址都是相对于起始地址计算的。因 此采用重定位装入方式。 此采用重定位装入方式。
B A C B A C A B C A
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模块AJSR“L” 模块
L －1 L
模块 A
Return； 模块 B JSR“L＋M” 模块 C
静态链接
模块B L＋模块 Return； M－1
L ＋M
动态链接
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程序的链接
运行时动态链接： 运行时动态链接：可将某些目标模 块的链接，推迟到执行时才进行。 块的链接，推迟到执行时才进行。
改变相对地址的方式如方法一 便于修改和更新 便于实现目标模块共享
0 L －1 0 M－1 0 N －1 模块 A CALL B ； Return； 模块 B CALL C ； Return； 模块 C Return； (a) 目标模块 L＋M＋N－1 模块C 模块 Return； (b) 装入模块 0
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4.1存储器的层次结构 存储器的层次结构
高速缓存与磁盘缓存 （1）高速缓存介于主存与寄存器之间，速度 ）高速缓存介于主存与寄存器之间， 比主存快，比寄存器慢，价格比寄存器要低。 比主存快，比寄存器慢，价格比寄存器要低。 （2）磁盘缓存用于缓和磁盘的 速度远低 ）磁盘缓存用于缓和磁盘的I/O速度远低 于对主存的访问速度的矛盾， 于对主存的访问速度的矛盾，磁盘缓存实际 上是从主存空间中划出一块区域， 上是从主存空间中划出一块区域，用来暂存 频繁使用的一部分磁盘数据和信息。 频繁使用的一部分磁盘数据和信息。
模块 A JSR“L” Return； 模块 B JSR“L＋M” Return； 模块 C Return； (b) 装入模块
L－1 L L ＋M－1 L＋M L＋M＋N－1
JSR：保 ： 存返回 地址， 地址， 跳转到 新地址
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程序的链接
装入时动态链接： 装入时动态链接：用户源程序经编译后所得到的目 标模块，是在装入主存时，边装入边链接的。 标模块，是在装入主存时，边装入边链接的。
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程序的装入
动态重定位： 动态重定位：
是指地址转换工作是在程序执行期间由硬件变换机 构动态实现地址转换的。 构动态实现地址转换的。 物理地址=逻辑地址 重定位寄存器的内容。 逻辑地址+重定位寄存器的内容 物理地址 逻辑地址 重定位寄存器的内容。 动态重定位的优点： 动态重定位的优点：用户程序在执行过程中内存可 移动，程序不必连续存放在内存中， 移动，程序不必连续存放在内存中，可以放在不同 区域，若干个用户可以共享同一程序段或数据段。 区域，若干个用户可以共享同一程序段或数据段。 缺点：需要附加硬件支持， 缺点：需要附加硬件支持，实行存储管理的软件算 法比较复杂。 法比较复杂。
寄存器 高速缓存 主存 磁盘缓存 磁盘
可移动存储介质
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4.1存储器的层次结构 存储器的层次结构
多级存储器结构 在存储层次中越往上， 在存储层次中越往上，存储介质的访问速度 越快，价格越高，相对存储容量也越小。 越快，价格越高，相对存储容量也越小。寄 存器、高速缓存、 存器、高速缓存、主存储器和磁盘缓存属于 操作系统存储管理的管辖范畴。 操作系统存储管理的管辖范畴。
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4.1.2．程序的链接 ．
静态链接：事先进行链接， 静态链接：事先进行链接，以后不再拆开的链接方式
对相对地址进行修改 变换外部调用符号
0
0 L －1 0 M－1 0 N－1
模块 A CALL B； Return； 模块 B CALL C； Return； 模块 C Return； (a) 目标模块
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程序的装入
可重定位方式 ：是由装入程序根据主存当
前的实际使用情况， 前的实际使用情况，将装入模块装入到主存 适当的地方。 适当的地方。
重定位： 重定位：在装入时对目标程序中指令 和数据的修改过程。 和数据的修改过程。会使装入模块中 的所有逻辑地址与实际装入内存的物 理地址不同
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程序的装入
绝对装入方式： 绝对装入方式：是由装入程序根据装入模 块中的地址， 块中的地址，将程序和数据装入主存
若知道程序在内存的位置， 若知道程序在内存的位置，编译程序将产生 绝对地址目标模块 绝对地址一般由编译程序给出 程序被装入内存后， 程序被装入内存后，由于程序中的逻辑地址 与实际内存地址完全相同， 与实际内存地址完全相同，所以不允许改变 程序和数据的地址 只适于单道环境
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程序的装入
静态重定位方式 ：
是指地址转换工作是在程序装入内存时由装配程序 完成的。装配程序根据将要装入内存的起始地址， 完成的。装配程序根据将要装入内存的起始地址， 对程序模块中有关的地址部分进行调整和修改 物理地址=逻辑地址 逻辑地址+程序存放在内存的起始地 （物理地址 逻辑地址 程序存放在内存的起始地 ），一旦确定下来之后不再改变 一旦确定下来之后不再改变， 址），一旦确定下来之后不再改变，即静态地址重 定位是在程序执行之前完成的地址转换。 定位是在程序执行之前完成的地址转换。 它的优点：无需硬件支持，容易实现。缺点： 它的优点：无需硬件支持，容易实现。缺点：程序 经地址重定位后不能再移动， 经地址重定位后不能再移动，程序在内存空间只能 连续存储，程序很难被若干个用户所共享。 连续存储，程序很难被若干个用户所共享。
第3章 存储器管理 章
考试大纲要求 （一） 内存管理基础 1. 内存管理概念 程序装入与链接；逻辑地址与物理地址空间；内存保护。 程序装入与链接；逻辑地址与物理地址空间；内存保护。 2. 交换与覆盖 3. 连续分配管理方式 4. 非连续分配管理方式 分页管理方式；分段管理方式；段页式管理方式。 分页管理方式；分段管理方式；段页式管理方式。
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程序的装入
静态重定位方式 ：
如上图所示，图(a)中，程序中逻辑地址为6，8，10，因为 装入内存中程序的起始地址变为100，所以须对地址进行重 定位，否则在图(b)的情况下会发生调用错误，所调用的地 址中不再是程序员想要的内容。图(c)为重定位之后的结果。
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4.1存储器的层次结构 存储器的层次结构
主存储器与寄存器
（1）主存储器（又称内存和主存）是计算机系统 ）主存储器（又称内存和主存） 中一个主要部分，用于保存进程运行时的程序数据。 中一个主要部分，用于保存进程运行时的程序数据。 CPU本身读取指令和数据与外围设备的数据交换都 本身读取指令和数据与外围设备的数据交换都 需要通过主存储器。 需要通过主存储器。由于主存储器的访问速度远低 执行指令的速度， 于CPU执行指令的速度，为缓和这一矛盾，计算机 执行指令的速度 为缓和这一矛盾， 系统中引入了寄存器和高速缓存。 系统中引入了寄存器和高速缓存。 （2）寄存器访问速度最快，但价格昂贵。 ）寄存器访问速度最快，但价格昂贵。