操作系統(tǒng)內(nèi)存管理：總的來說，操作系統(tǒng)內(nèi)存管理包括物理內(nèi)存管理和虛擬內(nèi)存管理。這里給大家分享一些關(guān)于操作系統(tǒng)內(nèi)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(nèi)存管理的細(xì)節(jié)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(jié)構(gòu)，即少量的非常快速、昂貴、易變的高速緩存(cache);若干兆字節(jié)的中等速度、中等價格、易變的主存儲器(RAM);數(shù)百兆或數(shù)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(guān)系著系統(tǒng)的效率。

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

計算機是一種數(shù)據(jù)處理設(shè)備，它由CPU和內(nèi)存以及外部設(shè)備組成。CPU負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)處理，內(nèi)存負(fù)責(zé)存儲，外部設(shè)備負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的輸入和輸出，它們之間通過總線連接在一起。CPU內(nèi)部主要由控制器、運算器和寄存器組成。控制器負(fù)責(zé)指令的讀取和調(diào)度，運算器負(fù)責(zé)指令的運算執(zhí)行，寄存器負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的存儲，它們之間通過CPU內(nèi)的總線連接在一起。每個外部設(shè)備(例如：顯示器、硬盤、鍵盤、鼠標(biāo)、網(wǎng)卡等等)則是由外設(shè)控制器、I/O端口、和輸入輸出硬件組成。外設(shè)控制器負(fù)責(zé)設(shè)備的控制和操作，I/O端口負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的臨時存儲，輸入輸出硬件則負(fù)責(zé)具體的輸入輸出，它們間也通過外部設(shè)備內(nèi)的總線連接在一起。

計算存儲的層次結(jié)構(gòu)

當(dāng)前技術(shù)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(jié)構(gòu):

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(jié)的中等速度、中等價格、易變的主存儲器(RAM);

磁盤: 數(shù)百兆或數(shù)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(guān)系著系統(tǒng)的效率。

物理內(nèi)存：連續(xù)分配存儲管理方式

連續(xù)分配是指為一個用戶程序分配連續(xù)的內(nèi)存空間。連續(xù)分配有單一連續(xù)存儲管理和分區(qū)式儲管理兩種方式。

3.1 單一連續(xù)存儲管理

在這種管理方式中，內(nèi)存被分為兩個區(qū)域：系統(tǒng)區(qū)和用戶區(qū)。應(yīng)用程序裝入到用戶區(qū)，可使用用戶區(qū)全部空間。其特點是，最簡單，適用于單用戶、單任務(wù)的操作系統(tǒng)。CP/M和 DOS 2.0以下就是采用此種方式。這種方式的最大優(yōu)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(nèi)存空間少的程序，造成內(nèi)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(shù)量的內(nèi)存。

3.2 分區(qū)式存儲管理

為了支持多道程序系統(tǒng)和分時系統(tǒng)，支持多個程序并發(fā)執(zhí)行，引入了分區(qū)式存儲管理。分區(qū)式存儲管理是把內(nèi)存分為一些大小相等或不等的分區(qū)，操作系統(tǒng)占用其中一個分區(qū)，其余的分區(qū)由應(yīng)用程序使用，每個應(yīng)用程序占用一個或幾個分區(qū)。分區(qū)式存儲管理雖然可以支持并發(fā)，但難以進(jìn)行內(nèi)存分區(qū)的共享。

分區(qū)式存儲管理引人了兩個新的問題：內(nèi)碎片和外碎片。

內(nèi)碎片是占用分區(qū)內(nèi)未被利用的空間，外碎片是占用分區(qū)之間難以利用的空閑分區(qū)(通常是小空閑分區(qū))。

為實現(xiàn)分區(qū)式存儲管理，操作系統(tǒng)應(yīng)維護(hù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為分區(qū)表或分區(qū)鏈表。表中各表項一般包括每個分區(qū)的起始地址、大小及狀態(tài)(是否已分配)。

分區(qū)式存儲管理常采用的一項技術(shù)就是內(nèi)存緊縮(compaction)。

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