【CS.OS】操作系统如何使用分页和分段技术管理内存

1000.5.CS.OS.1.3-基础-内存管理-操作系统如何使用分页和分段技术管理内存-Created: 2024-06-09.Sunday10:24

操作系统的内存管理是一个复杂而关键的功能，它确保了程序可以高效、安全地运行。虚拟内存管理是其中一个重要的概念，它通过分页和分段技术来实现。这篇文章将详细讲述操作系统如何使用这两种技术来管理内存。

1 虚拟内存管理的基本概念

虚拟内存管理通过创建一个抽象的内存空间，使得每个进程拥有一个连续的地址空间，从而简化了程序的内存访问。虚拟内存不仅能让程序在物理内存不足的情况下运行，还能提高系统的安全性和稳定性。

1.1 什么是虚拟内存？

虚拟内存是一种内存管理技术，它将物理内存和磁盘存储结合起来，使程序能够访问比实际物理内存更大的地址空间。操作系统通过地址转换，将虚拟地址映射到物理地址，从而实现对内存的高效管理。

1.2 为什么需要虚拟内存？

虚拟内存的主要优势包括：

• 扩展内存空间：允许程序使用超过物理内存限制的地址空间。
• 内存保护：隔离进程的内存空间，防止互相干扰。
• 内存共享：支持进程间共享内存，提高内存利用率。

2 分页技术

分页是一种将内存分割成固定大小的块（页）进行管理的技术。分页简化了内存分配，避免了内存碎片的问题。

2.1 分页的基本原理

在分页系统中，虚拟内存被分割成大小相等的页（通常是4KB），物理内存则被分割成与页大小相同的页框。当程序访问内存时，操作系统将虚拟地址分为页号和页内偏移，通过页表将页号映射到物理内存中的页框。