6 内存管理

6.1 内存管理的需求

1. 需要将内存划分成不同部分进行管理：
• 操作系统和用户程序需要分隔开
• 不同进程需要分隔开
• 一个进程的不同模块需要分隔开

2. 内存分区也是内存保护的必要条件：
• 给不同分区（模块）提供不同的保护级别（如代码段不能写）
• 不同分区具有不同的访问授权（如内核态和用户态）
• 特定分区有其特定的限长

3. 需要将进程换入或换出内存：重定位

6.2 分区

1. 固定分区：大小相等/大小不等
存在问题：
• 程序太大而无法装载到一个分区中：部分装载+覆盖
• 内部碎片（分区内未被利用但无法再分配的空间）
放置算法：把进程放置在能够容纳它的最小分区中

2. 动态分区：分区的长度和数量可变
存在问题：外碎片（分区之间分散的小块空闲空间），需要不时的移动进程来使空闲空间连成一片（压缩）
放置算法：
• 最佳适配：选择与要求大小最接近的块
• 首次适配：选择大小足够的第一个可用块
• 下次适配：在上次放置位置后，选择大小足够的第一个可用块

3. 伙伴系统（Buddy System）

6.3 分页

重定位

• 逻辑地址：每个用户进程所看到的独立的地址空间，就是逻辑地址空间。逻辑地址空间里的地址，就是逻辑地址（段基址+段偏移量）
对应物理地址

• 相对地址：相对地址是相对于进程当前部分（比如程序起始位置）的地址
对应绝对地址

• 虚拟地址：操作系统为进程分配的连续地址空间（线性地址），通过分页机制直接映射到物理地址（可能是非线性的）

分页

• 将内存划分成大小固定、相等且较小的块，将进程划分成同样大小的块

• 进程的块称为页（page）

• 内存中的块成为页框（frame）

• 通过将进程的各页放置在可用的页框中，一个进程可以占据多个不连续的页框

• 仅最后一页中存在很小的内碎片，没有外碎片

• 操作系统需要为每个进程维持一个页表（page table）

• 页表描述了该进程每页所对应的页框的位置

6.4 分段

• 类似于动态分区，一个程序可以占据多个段，且不要求连续

• 没有内碎片

• 由于进程可以被分成多个小块，外碎片也会较小

• 分页对程序员是透明的，但分段通常是可见的，是组织程序和数据的一种手段

• 需要段表