操作系统基础：内存管理概述【上】

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系列专栏：OS从基础到进阶

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️1 内存管理基础概念

1.1 总览

1.2 内存管理应有的功能

️1.2.1 内存空间的分配和回收

示意图：

️1.2.2 从逻辑上扩充内存

试想，随便下载一个大软件，其大小远远超过我们的内存大小，那么为什么这个软件可以运行呢？原因是操作系统采用了虚拟内存，即使物理空间较小，但是逻辑空间却可以很大。

️1.2.3 地址转换

提供地址转换功能，负责程序的逻辑地址与物理地址的转换

三种装入方式为：

️1.2.4 内存保护

提供内存保护功能，保证各进程在各自存储空间内运行，互不干扰。
使进程只可以访问属于自己的空间，不能去访问系统内核、其他进程的内存空间。那么，如何才可以实现内存保护呢？
以下图的进程1为例子

（1）设置上下限寄存器。

例如，进程1的实际物理地址为100-279，那么下限寄存器应该存放100，上限寄存器应该存放279。

（2）重定位寄存器、界地址寄存器

重定位寄存器存放进程的实际物理地址的下限，界地址寄存器存放进程所需的最空间。例如，进程1的重定位寄存器存放100，界地址寄存器存放179-0=179。

1.3 知识总结

️2 覆盖与交换

2.1 总览

2.2 覆盖技术

️2.2.1 覆盖技术的基本思想

️2.2.2 例子

如图，这是一个程序的结构调用图。可以看到，A是程序运行所必须的代码段，因此放在固定区内；B、C不可能同时运行，因此可以分配同一个覆盖区，D、E、F同理。如图所示

因此，本来应该将代码全部放入，但是操作系统只分配了一部分空间就实现了全部放入的结果，因此从逻辑上看，操作系统的内存大小是被拓展了的。

️2.2.3 缺点

2.3 交换技术

️2.3.1 基本思想

比如说，假设内存中有进程1、2、3，如图

此时内存紧张，进程1、2需要暂时换出外存，因此在内存保留它们的PCB后（方便操作系统的后续管理）将它们置于挂起队列，空出的内存空间给更为紧张的进程使用。

️2.3.2 待解决的问题

对于问题1：

磁盘空间的示意图：

对于问题2：

对于问题三

2.4 总结

️3 连续内存分配

3.1 总览

3.2 单一连续分配

️3.2.1 思想

如图：

️3.2.2 优点

一个进程独占内存，就不会发生进程访问其他进程的内存空间的情况，且即使进程访问了操作系统的内核程序，通常也可以通过重启解决，所以这种方式下不一定需要采取内存保护？

️3.2.3 缺点

3.3 固定分区分配

️3.3.1 基本思想

️3.3.2 分类

根据分配的空间相等与否可以分为以下两类

如图

️3.3.3 特点

️3.3.4 如何管理固定分区

可以通过分区说明表进行管理，其具体内容如图：

这种数据结构可以通过数组或链表实现

️3.3.5 优缺点

3.4 动态分区分配

️3.4.1 基本思想

️3.4.2 记录内存使用情况的数据结构

可以采取空闲分区表、空闲分区链表示
（1）空闲分区表
例子：


（2）空闲分区链
例子：

️3.4.3 空闲分区的分配

分配算法在下一小节进行详细描述

️3.4.4 分区的分配和回收

假设操作系统采用空闲分区表管理分区（使用空闲分区链同理）
（1）分配操作
假设起始表内容如下：

①假如一个空闲分区的大小大于进程申请的空间，那么直接修改内容和即可。 假设一个4MB的进程进入，需要分配到分区1中，那么分区表应该修改如下：

②假如一个空闲分区的大小等于进程申请的空间，那么需要删除该内容。假设一个4MB的进程进入，需要分配到分区3中，那么分区表应该修改如下：

（2）回收操作
①回收分区的后面（后面）有空闲分区
直接修改表项内容

②回收分区的后面没有空闲分区
增加一个表项内容

③回收分区的前后均为空闲分区
合并表项内容

注意：各表项的排序不一定按照分区地址的大小进行排序

4 总结

操作系统，如默默守护的守夜者，无声地管理硬件与软件的交流，为计算机创造和谐秩序。

它是无形的引导者，让复杂的任务变得井然有序，为用户提供无忧体验。

操作系统的巧妙设计，让计算机变得更加智能高效，让人与科技之间的交流更加顺畅。

在每一次启动中，它如信任的伙伴，带领我们进入数字世界的奇妙旅程。

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