第三章 内存管理 二、内存管理的概念

目录

一、内存空间的分配与回收

内存空间的分配:

内存空间的回收：

二、内存空间的扩充

四、存储保护

五、总结

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一、内存空间的分配与回收

内存空间的分配和回收是程序设计中非常重要的一环。这里简要介绍下内存空间的分配和回收。

内存空间的分配:

1. 静态分配：在程序编译阶段，由编译器或链接器分配内存空间，这些内存空间一旦分配，就不能再次释放。静态分配的内存空间在程序运行期间都是存在的。

2. 动态分配：在程序运行过程中，通过调用操作系统提供的内存分配函数，如malloc、calloc等函数来动态分配内存空间。动态分配的内存空间在使用完毕后需要及时释放，否则将造成内存泄漏。

内存空间的回收：

1. 静态回收：静态分配的内存空间由编译器或链接器负责管理，程序运行期间不能释放，只有在程序结束时才能回收。

2. 动态回收：动态分配的内存空间在使用完毕后，需要通过调用free函数释放掉。如果不及时释放，将导致内存泄漏，严重时会导致程序崩溃。

总之，在程序中，动态分配的内存空间应该在使用完毕后及时释放，避免造成内存泄漏。同时，在进行内存分配时，应该尽量考虑内存的管理和回收，尽量避免造成不必要的资源浪费。

二、内存空间的扩充

内存空间扩充是指在程序运行期间，为已经分配的内存空间增加一定的大小，以便程序可以更容易地处理更多的数据。内存空间扩充可以通过以下方法实现：

1. 静态分配：静态分配的内存空间大小在编译时就被确定，无法在运行期间进行扩展。

2. 动态分配：动态分配的内存空间可以通过realloc函数进行扩充。realloc函数会在原有内存空间的基础上增加一定的大小，如果原有内存空间不足以容纳新增数据，则会重新分配一块更大的内存空间，并将原有数据拷贝到新的内存空间中，然后释放原有内存空间。

需要注意的是，在使用realloc函数进行内存空间扩充时，应该避免频繁地进行内存空间的分配和释放，而应该尽量减少realloc函数的调用次数，以提高程序的效率。

此外，还可以通过使用内存池来实现内存空间的扩充。内存池是一种利用预先分配的内存块来减少内存分配和释放次数的技术。通过在程序初始化时将一块连续的内存空间分配给内存池，然后在程序运行期间，程序可以从内存池中申请需要的内存空间，并在使用完毕后将内存空间返还给内存池，避免频繁地进行内存分配和释放，以提高程序的效率。

三、地址转换

在操作系统中，常见的地址转换方式有三种：

1. 基于分段的地址转换：将一个进程的地址空间按照逻辑结构分成若干个段，每个段可以是代码段、数据段、堆栈段等，每个段的长度不一定相同。在进行地址转换时，先将逻辑地址分成段号和段内偏移量，然后根据段号在页表中查找对应的物理地址段号和偏移量，再将两者相加得到物理地址。

2. 基于分页的地址转换：将一个进程的地址空间分为若干个大小相等的页，每个页的大小为2的幂次方，常见的页大小是4KB或8KB等。在进行地址转换时，将逻辑地址分成页号和页内偏移量，然后根据页号在页表中查找对应的物理页号和偏移量，再将两者相加得到物理地址。

3. 段页式地址转换：将地址空间先按照逻辑结构分成若干个段，然后将每个段再分成若干个大小相等的页。在进行地址转换时，先将逻辑地址分成段号、页号和页内偏移量，然后根据段号和页号在页表中查找对应的物理地址段号、页号和偏移量，再将三者相加得到物理地址。这种地址转换方式结合了分段和分页的优点，能够更好地管理进程的地址空间。

四、存储保护

存储保护是指防止进程或用户越界访问、修改存储器中的数据，确保系统的稳定性和安全性。常见的存储保护方法包括以下几种：

1.基于硬件的存储保护：通过硬件设计实现对存储器的访问限制，包括存储器划分、访问控制、写保护等。

2.基于软件的存储保护：通过操作系统的管理实现对存储器的访问限制，包括地址空间的划分、页表的设置、访问权限的控制等。

3.基于访问控制的存储保护：在操作系统中设置文件、目录等访问权限，保证用户只能访问他们具有权限的文件和目录，从而实现对存储空间的保护。

总的来说，不同层面的存储保护方法都需要在硬件和软件上进行实现。硬件提供基础保护，如内存访问控制，在此基础上，操作系统提供更加灵活的管理方式实现存储控制；而在应用层面，访问控制方式实现对数据的严格保护。这些措施可以有效防止系统崩溃、数据丢失、用户信息受到未授权的访问等问题的发生。

五、总结