操作系统内存管理

由天下分享时间：2022-04-08 11:46:21

操作系统内存管理：总的来说，操作系统内存管理包括物理内存管理和虚拟内存管理。这里给大家分享一些关于操作系统内存管理，希望对大家能有所帮助。

计算机的存储体系

在介绍内存管理的细节前，先要了解一下分层存储器体系：

大部分的计算机都有一个存储器层次结构，即少量的非常快速、昂贵、易变的高速缓存(cache);若干兆字节的中等速度、中等价格、易变的主存储器(RAM);数百兆或数千兆的低速、廉价、不易变的磁盘。这些资源的合理使用与否直接关系着系统的效率。

CPU缓存(Cache Memory)：是位于CPU与内存之间的临时存储器，它的容量比内存小的多但是交换速度却比内存要快得多。缓存的出现主要是为了解决CPU运算速度与内存读写速度不匹配的矛盾，因为CPU运算速度要比内存读写速度快很多，这样会使CPU花费很长时间等待数据到来或把数据写入内存。

计算机是一种数据处理设备，它由CPU和内存以及外部设备组成。CPU负责数据处理，内存负责存储，外部设备负责数据的输入和输出，它们之间通过总线连接在一起。CPU内部主要由控制器、运算器和寄存器组成。控制器负责指令的读取和调度，运算器负责指令的运算执行，寄存器负责数据的存储，它们之间通过CPU内的总线连接在一起。每个外部设备(例如：显示器、硬盘、键盘、鼠标、网卡等等)则是由外设控制器、I/O端口、和输入输出硬件组成。外设控制器负责设备的控制和操作，I/O端口负责数据的临时存储，输入输出硬件则负责具体的输入输出，它们间也通过外部设备内的总线连接在一起。

计算存储的层次结构

当前技术没有能够提供这样的存储器，因此大部分的计算机都有一个存储器层次结构:

高速缓存(cache): 少量的非常快速、昂贵、易变的高速缓存(cache);

主存储器(RAM): 若干兆字节的中等速度、中等价格、易变的主存储器(RAM);

磁盘: 数百兆或数千兆的低速、廉价、不易变的磁盘。

这些资源的合理使用与否直接关系着系统的效率。

物理内存：连续分配存储管理方式

连续分配是指为一个用户程序分配连续的内存空间。连续分配有单一连续存储管理和分区式储管理两种方式。

3.1 单一连续存储管理

在这种管理方式中，内存被分为两个区域：系统区和用户区。应用程序装入到用户区，可使用用户区全部空间。其特点是，最简单，适用于单用户、单任务的操作系统。CP/M和 DOS 2.0以下就是采用此种方式。这种方式的最大优点就是易于管理。但也存在着一些问题和不足之处，例如对要求内存空间少的程序，造成内存浪费;程序全部装入，使得很少使用的程序部分也占用—定数量的内存。

3.2 分区式存储管理

为了支持多道程序系统和分时系统，支持多个程序并发执行，引入了分区式存储管理。分区式存储管理是把内存分为一些大小相等或不等的分区，操作系统占用其中一个分区，其余的分区由应用程序使用，每个应用程序占用一个或几个分区。分区式存储管理虽然可以支持并发，但难以进行内存分区的共享。

分区式存储管理引人了两个新的问题：内碎片和外碎片。

内碎片是占用分区内未被利用的空间，外碎片是占用分区之间难以利用的空闲分区(通常是小空闲分区)。

为实现分区式存储管理，操作系统应维护的数据结构为分区表或分区链表。表中各表项一般包括每个分区的起始地址、大小及状态(是否已分配)。

分区式存储管理常采用的一项技术就是内存紧缩(compaction)。

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