内存管理的基本思想与算法

介绍操作系统是如何来管理内存资源。

层次化存储体结构

计算机的存储体系

• 寄存器（register）
  
  • 在CPU内部，非常快速，昂贵
• 高速缓存（cache）
  
  • 非常快速，昂贵，容量小，易失性
• 主存（RAM）
  
  • 中等速度，中等价格，易失性
• 外存
  
  • 容量大，速度慢，种类多，不易失

操作系统的工作就是协调这些存储器的使用，管理存储器的部分程序被称为存储管理器

• 记录存储使用状况
• 分配、回收存储资源
• 数据的装入与写回

存储管理系统分类

在运行期间，进程需要在内存和磁盘之间换进换出的系统（交换和分页）和不需要换进换出的系统。

不需要换进换出的系统

• 特点：进程被调入运行后，它将始终位于内存中，直至运行结束
• 没有交换和分页的单道程序
• 固定分区的多道程序

不需要换进换出的系统实现起来是最简单的，但无法做到并发等现代操作系统的高级功能。

基本的存储管理

单道程序存储管理

• 同一时刻只运行一道程序，应用程序和操作系统共享存储器。

• 相应地，同一时刻只能有一个进程在存储器中运行。

• 一旦用户输入了一个命令，操作系统就把需要的程序从磁盘贝到存储器中并执行它；在进程运行结束后，操作系统显示出个提示符并等待新的命令。当收到新的命令时它把新的程序装入存储器，覆盖掉原来的程序。

实现方案

将操作系统和应用程序在RAM上存放位置的不同分为以下三种结构：

固定分区的多道程序系统

将内存划分为n个分区（可能不相等），分区的划分可以在系统启动时手工完成。

实现方案

1. 每个分区分别有一个运行队列

   • 当一个作业到达时，可以把它放到能够容纳它的最小的分区的输入队列中
   • 这会造成小分区的队列是满的，而大分区的输入队列却是空的

2. 各分区共享同一个输入队列

   如果选择小进程先运行，则会浪费内存空间；而如果选择大进程运行，则对小进程不利。