操作系统存储管理程序会把内存与
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发布时间：2023-07-11 19:21
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时间：2024-11-02 08:33
分层存储器体系
在介绍内存管理的细节前，先要了解一下分层存储器体系：
大部分的计算机都有一个存储器层次结构，即少量的非常快速、昂贵、易变的高速缓存(cache)；若干兆字节的中等速度、中等价格、易变的主存储器(RAM)；数百兆或数千兆的低速、廉价、不易变的磁盘。这些资源的合理使用与否直接关系着系统的效率。
CPU缓存（Cache Memory）：是位于CPU与内存之间的临时存储器，它的容量比内存小的多但是交换速度却比内存要快得多。缓存的出现主要是为了解决CPU运算速度与内存 读写速度不匹配的矛盾，因为CPU运算速度要比内存读写速度快很多，这样会使CPU花费很长时间等待数据到来或把数据写入内存。
计算机是一种数据处理设备，它由CPU和内存以及外部设备组成。CPU负责数据处理，内存负责存储，外部设备负责数据的输入和输出，它们之间通过总线连接在一起。CPU内部主要由控制器、运算器和寄存器组成。控制器负责指令的读取和调度，运算器负责指令的运算执行，寄存器负责数据的存储，它们之间通过CPU内的总线连接在一起。每个外部设备(例如：显示器、硬盘、键盘、鼠标、网卡等等)则是由外设控制器、I/O端口、和输入输出硬件组成。外设控制器负责设备的控制和操作，I/O端口负责数据的临时存储，输入输出硬件则负责具体的输入输出，它们间也通过外部设备内的总线连接在一起。
在这套设计思想(冯.诺依曼体系架构)里面: 总是有一部分负责控制、一部分负责执行、一部分则负责存储，它之间进行交互以及接口通信则总是通过总线来完成
计算存储的层次结构
大部分的计算机都有一个存储器层次结构:
高速缓存(cache): 少量的非常快速、昂贵、易变的高速缓存(cache)；
主存储器(RAM): 若干兆字节的中等速度、中等价格、易变的主存储器(RAM)；
磁盘: 数百兆或数千兆的低速、廉价、不易变的磁盘。
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这些资源的合理使用与否直接关系着系统的效率。
二、内存使用演化
没有内存抽象的年代
在早些的操作系统中，并没有引入内存抽象的概念。程序直接访问和操作的都是物理内存，内存的管理也非常简单，除去操作系统所用的内存之外，全部给用户程序使用，想怎么折腾都行，只要别超出最大的容量
1、无内存抽象存在的问题：
这条指令会毫无想象力的将物理地址1000中的内容赋值给寄存器。不难想象，这种内存操作方式使得操作系统中存在多进程变得完全不可能，比如MS-DOS，你必须执行完一条指令后才能接着执行下一条。如果是多进程的话，由于直接操作物理内存地址，当一个进程给内存地址1000赋值后，另一个进程也同样给内存地址赋值，那么第二个进程对内存的赋值会覆盖第一个进程所赋的值，这回造成两条进程同时崩溃。
带来两个问题：
用户程序可以访问任意内存，容易破坏操作系统，造成崩溃
同时运行多个程序特别困难
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虚拟内存
很多情况下，现有内存无法满足仅仅一个大进程的内存要求。物理内存不够用的情况下，如何解决呢？
覆盖overlays：在早期的操作系统曾使用覆盖技术来解决这个问题，将一个程序分为多个块，基本思想是先将块0加入内存，块0执行完后，将块1加入内存。依次往复，这个解决方案最大的问题是需要程序员去程序进行分块，这是一个费时费力让人痛苦不堪的过程。后来这个解决方案的修正版就是虚拟内存。
交换swapping：可以将暂时不能执行的程序（进程）送到外存中，从而获得空闲内存空间来装入新程序（进程），或读人保存在外存中而处于就绪状态的程序。
虚拟内存：虚拟内存的基本思想是，每个进程都有独立的逻辑地址空间，内存被分为大小相等的多个块,称为页(Page).每个页都是一段连续的地址。对于进程来看,逻辑上貌似有很多内存空间，其中一部分对应物理内存上的一块(称为页框，通常页和页框大小相等)，还有一些没加载在内存中的对应在硬盘上。
三. 物理内存：连续分配存储管理方式
连续分配是指为一个用户程序分配连续的内存空间。连续分配有单一连续存储管理和分区式储管理两种方式。
3.1 单一连续存储管理
在这种管理方式中，内存被分为两个区域：系统区和用户区。应用程序装入到用户区，可使用用户区全部空间。其特点是，最简单，适用于单用户、单任务的操作系统。这种方式的最大优点就是易于管理。但也存在着一些问题和不足之处，例如对要求内存空间少的程序，造成内存浪费；程序全部装入，使得很少使用的程序部分也占用—定数量的内存。
