【操作系统·考研】内存管理概念

1.内存管理的主要内容

1.1 内存空间的分配与回收

由OS完成主存储器空间的分配和管理，从而避免了程序员自己分配内存的麻烦。

1.2 地址转换

在多道程序环境下，程序中的逻辑地址与内存中的物理地址不同，因此，需要将逻辑地址转换成相应的物理地址以进行内存相关的数据操作。

1.3 内存空间的扩充

利用虚拟存储技术或自动覆盖技术，从逻辑上扩充内容。

1.4 内存共享

允许多个进程对内存共享区域进行受控访问。

1.5 存储保护

保证各道作业在各自的存储空间内运行，互不干扰。

内存保护需要由OS和硬件机构配合完成，以保证进程空间不被非法访问。

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2.内存管理的基本原理

2.1 程序的链接与装入

2.1.1 概述

创建进程首先需要将程序和数据装入内存，将用户源程序变为可以在内存在执行的程序。

2.1.2 过程

1. 编译：由编译程序将用户源代码编译成若干目标模块。
2. 链接：由链接程序将编译后形成的一组目标模块&它们所需的库函数链接在一起，形成一个完整的装入模块。
   1. 静态链接：在程序运行之前，就将各个目标模块&它们所需的库函数链接成一个完整的装配模块，以后不再拆开。

该方式需要解决两个问题：

1. 需要修改相对地址，编译后的所有目标模块都是从0开始的相对地址，当链接成一个装入模块时，需要修改相对地址。
2. 变换外部调用符号，对每个模块中所用到的外部调用符号也都变换为相对地址。

2. 装入时动态链接：将目标模块装入内存时，采用边装入边链接的方式。这样做便于修改和更新，便于实现对目标模块的共享。
3. 运行时动态链接：凡是在执行过程中未被用到的目标模块，都不会被链接到装入模块并调入内存，只有程序在运行过程中需要该目标模块时，才进行链接和装入操作。
4. 装入：由装入程序将装入模块装入内存运行。(还必须完成从代码中的逻辑地址转换到物理地址的工作)
   1. 绝对装入：该方式只适用于单道程序环境。在编译时，根据程序想要驻留在内存中的位置(绝对地址)，从而产生相应位置处的目标代码。绝对装入程序将按照转入模块中的绝对地址，将程序和数据装入内存。

该方式下的程序中的逻辑地址与实际内存中的物理地址相同，无需进行地址转换。

2. 可重定位装入/静态重定位：由于目标模块的起始地址通常是从0开始的，且程序中的其他地址都是相对于起始地址的，因此可以在装入时，一次性地统一对程序中的指令和数据地址进行修改。
3. 动态运行时装入/动态重定位：装入程序将装入模块装入到内存后，没有立即进行逻辑地址到物理地址的转换，而是推迟到程序真正要执行时，再去转换。

这种方式需要一个重定位寄存器的支持。
这种方式的优点：可以将程序分配到不连续的存储区，在程序运行之前可以只装入部分代码即可投入运行，然后在程序运行期间，根据需要动态申请分配内存，便于程序段的共享。

静态装入是指在编程阶段就把物理地址计算好。
可重定位是指在装入时把逻辑地址转换为物理地址，但装入后不能改变。
动态重定位是指在程序执行时再决定装入的地址并装入，装入后还有可能会换出，所以同一个模块在内存中的物理地址是可能改变的。

编译之后的程序经过链接才能装载，而链接后形成的目标程序中的地址也就是逻辑地址。

2.2 逻辑地址&物理地址

2.2.1 逻辑地址

• 编译后形成的目标模块，其地址都将从0号单元开始编址，这便是相对地址(逻