操作系統內存管理

操作系統內存管理：總的來說，操作系統內存管理包括物理內存管理和虛擬內存管理。這里給大家分享一些關于操作系統內存管理，希望對大家能有所幫助。

計算機的存儲體系

在介紹內存管理的細節前，先要了解一下分層存儲器體系：

大部分的計算機都有一個存儲器層次結構，即少量的非常快速、昂貴、易變的高速緩存(cache);若干兆字節的中等速度、中等價格、易變的主存儲器(RAM);數百兆或數千兆的低速、廉價、不易變的磁盤。這些資源的合理使用與否直接關系著系統的效率。

CPU緩存(Cache Memory)：是位于CPU與內存之間的臨時存儲器，它的容量比內存小的多但是交換速度卻比內存要快得多。緩存的出現主要是為了解決CPU運算速度與內存 讀寫速度不匹配的矛盾，因為CPU運算速度要比內存讀寫速度快很多，這樣會使CPU花費很長時間等待數據到來或把數據寫入內存。

計算機是一種數據處理設備，它由CPU和內存以及外部設備組成。CPU負責數據處理，內存負責存儲，外部設備負責數據的輸入和輸出，它們之間通過總線連接在一起。CPU內部主要由控制器、運算器和寄存器組成。控制器負責指令的讀取和調度，運算器負責指令的運算執行，寄存器負責數據的存儲，它們之間通過CPU內的總線連接在一起。每個外部設備(例如：顯示器、硬盤、鍵盤、鼠標、網卡等等)則是由外設控制器、I/O端口、和輸入輸出硬件組成。外設控制器負責設備的控制和操作，I/O端口負責數據的臨時存儲，輸入輸出硬件則負責具體的輸入輸出，它們間也通過外部設備內的總線連接在一起。

計算存儲的層次結構

當前技術沒有能夠提供這樣的存儲器，因此大部分的計算機都有一個存儲器層次結構:

高速緩存(cache): 少量的非常快速、昂貴、易變的高速緩存(cache);

主存儲器(RAM): 若干兆字節的中等速度、中等價格、易變的主存儲器(RAM);

磁盤: 數百兆或數千兆的低速、廉價、不易變的磁盤。

這些資源的合理使用與否直接關系著系統的效率。

物理內存：連續分配存儲管理方式

連續分配是指為一個用戶程序分配連續的內存空間。連續分配有單一連續存儲管理和分區式儲管理兩種方式。

3.1 單一連續存儲管理

在這種管理方式中，內存被分為兩個區域：系統區和用戶區。應用程序裝入到用戶區，可使用用戶區全部空間。其特點是，最簡單，適用于單用戶、單任務的操作系統。CP/M和 DOS 2.0以下就是采用此種方式。這種方式的最大優點就是易于管理。但也存在著一些問題和不足之處，例如對要求內存空間少的程序，造成內存浪費;程序全部裝入，使得很少使用的程序部分也占用—定數量的內存。

3.2 分區式存儲管理

為了支持多道程序系統和分時系統，支持多個程序并發執行，引入了分區式存儲管理。分區式存儲管理是把內存分為一些大小相等或不等的分區，操作系統占用其中一個分區，其余的分區由應用程序使用，每個應用程序占用一個或幾個分區。分區式存儲管理雖然可以支持并發，但難以進行內存分區的共享。

分區式存儲管理引人了兩個新的問題：內碎片和外碎片。

內碎片是占用分區內未被利用的空間，外碎片是占用分區之間難以利用的空閑分區(通常是小空閑分區)。

為實現分區式存儲管理，操作系統應維護的數據結構為分區表或分區鏈表。表中各表項一般包括每個分區的起始地址、大小及狀態(是否已分配)。

分區式存儲管理常采用的一項技術就是內存緊縮(compaction)。

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