
【计】 core management; storage management
存储器管理(Memory Management)是计算机操作系统中的核心功能,指操作系统对主存储器(RAM)资源的分配、使用、回收和保护过程。其英文对应术语为Memory Management,具体涵盖以下关键内容:
存储器管理负责协调程序与数据在物理内存中的存储位置,确保:
分页(Paging)
将物理内存划分为固定大小的页框(Page Frame),程序逻辑地址空间划分为等大页(Page)。通过页表(Page Table)实现非连续映射,减少外部碎片。
来源:Tanenbaum《现代操作系统》
分段(Segmentation)
按程序逻辑模块(如代码段、数据段)划分内存,每段独立分配地址空间,支持更细粒度的保护和共享。
来源:Silberschatz《操作系统概念》
虚拟内存(Virtual Memory)
结合分页/分段与磁盘交换技术,允许程序使用超过物理内存容量的地址空间。缺页中断(Page Fault)触发数据从磁盘调入。
来源:IEEE Xplore《虚拟内存系统优化综述》
动态分配算法
如首次适应(First Fit)、最佳适应(Best Fit)策略,解决可变分区内存分配问题。
存储器管理依赖硬件组件:
存储器管理是操作系统的核心功能之一,主要负责高效、安全地分配和协调计算机内存资源,以满足多个程序对内存的需求,同时保障系统稳定运行。以下是其核心内容:
内存分配与回收
为运行中的程序动态分配内存空间,并在程序结束后回收资源,避免浪费。例如,通过分区分配(固定或动态分区)或分页/分段机制实现。
地址转换与保护
将程序的逻辑地址(程序员视角)转换为物理地址(实际内存位置),通常通过基址-界限寄存器或页表实现。同时隔离不同程序的内存空间,防止越界访问。
虚拟内存扩展
利用磁盘空间模拟物理内存(如页面置换算法:FIFO、LRU),允许运行比实际内存更大的程序,提升多任务处理能力。
内存共享与优化
允许多个进程共享代码或数据(如动态链接库),减少冗余;通过紧凑技术(Compaction)合并内存碎片,提高利用率。
分页管理
将内存划分为固定大小的页(如4KB),程序按需加载页面,减少外部碎片。物理页通过页表映射,支持离散存储。
分段管理
按逻辑模块(如代码段、数据段)划分内存,每段长度可变,便于实现共享和保护,但可能产生外部碎片。
段页式结合
综合分段与分页优势:先按逻辑分段,再将每段分页,兼顾灵活性与效率(现代系统常用)。
内存碎片
性能瓶颈
频繁的页表查询可能降低速度,采用快表(TLB)缓存常用页表项,加速地址转换。
存储器管理的目标是最大化内存利用率、保障程序隔离性,并优化系统响应速度。其设计直接影响计算机的整体性能与稳定性。
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