7、深入理解内存管理：分页与按需分页机制解析

深入理解内存管理：分页与按需分页机制解析

1. 引言

在计算机系统中，内存管理是一项至关重要的任务，它直接影响着系统的性能和效率。随着技术的发展，内存管理方案也在不断演进，从早期的简单系统逐渐发展到如今更为复杂和高效的分配策略。本文将详细介绍分页内存分配和按需分页内存分配这两种重要的内存管理方案，帮助读者深入理解它们的工作原理、优势以及可能面临的问题。

2. 分页内存分配

分页内存分配基于将作业划分为大小相等的单元，每个单元称为一个页面。一些操作系统会选择页面大小与主内存的一个部分（称为页框）完全相同。同样，磁盘的部分被称为扇区或块。当页面、扇区和页框大小相同时，分页内存分配方案的效率较高，而具体大小通常由磁盘的扇区大小决定。

在执行程序之前，基本的内存管理器会进行以下准备工作：
1. 确定程序中的页面数量。
2. 在主内存中找到足够的空闲页框。
3. 将程序的所有页面加载到这些页框中。

程序最初准备加载时，其页面按逻辑顺序排列，即第一页包含程序的第一条指令，最后一页包含最后一条指令。与之前的方案不同，分页加载过程中页面不必连续存储，每个页面可以存储在主内存中的任何可用页框中。

存储程序在非连续页框中的主要优点是主内存使用效率更高，因为任何作业的任何页面都可以使用空闲页框。此外，由于页框之间没有外部碎片，可重定位分区使用的紧凑方案也被消除。然而，新的解决方案也带来了新的问题。由于作业的页面可以位于主内存的任何位置，内存管理器需要一种机制来跟踪它们，这意味着操作系统软件的大小、复杂性和开销都会增加。

下面通过一个简化的例子来说明内存管理器如何跟踪一个四页长的程序。为了简