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操作系统 内存管理相关知识点介绍
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发布时间:2019-03-17

本文共 742 字,大约阅读时间需要 2 分钟。

内存管理是计算机系统中一个核心技术,正是由于内存管理的存在,才能让现代操作系统支持多任务复杂的应用程序同时运行。内存管理的目标主要有两个:地址保护和地址独立。具体而言,一个程序不能随意访问另一个程序的内存空间;每个程序的内存地址要与其实际装入内存的物理地址无关。

现代操作系统为每个进程创建了一个虚拟地址空间,这让程序开发人员无需关心实际的物理内存地址,从而能够更加自由地编写程序。虚拟地址通过映射机制与物理内存地址相连,通过分段技术实现地址隔离,这也是内核空间和用户空间的最主要区分方式。然而,分段的方法存在效率问题,尤其是在处理地址映射时,每次需要将完整的段都装入内存,导致频繁的磁盘读写操作。

正是为了克服分段方法的不足,分页技术应运而生。分页将地址空间划分为多个小块(通常是较大的内核页面),每个页面对应物理内存中的一个固定地址范围。当进程访问一个页面时,操作系统会检查该页面是否已经在物理内存中。如果不在,再为它分配物理内存,并建立映射关系。这种方式利用了程序的局部性原理,能够显著提高内存利用率。

在实际应用中,程序会被划分为多个页面,每个页面的大小由处理器决定。现代Windows系统使用4KB的页面大小,而如Linux系统则常用4MB。这种粒度分割的方法使得内存管理更为高效,能够快速响应页面失效事件,动态地为程序分配和释放内存资源。

在实际内存管理中,动态分区算法也发挥着重要作用。它根据程序的需求,在进程运行过程中动态分配和管理内存区段。动态分区算法又可分为不同的策略,例如首次适应算法(FIRST FIT)、循环首次适应算法(NEXT FIT)、最佳适应算法(BEST FIT)和最坏适应算法(WORST FIT)。每种策略各有优缺点,适用于不同的内存管理场景。

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