第三章内存管理内存管理概念_哈希算法产生内部碎片吗-优快云博客

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原文地址：第三章内存管理——王道操作系统 – Beatless

一、内存管理概念

内存的基础知识

内存：可存放数据。程序执行前需要先放到内存中才能被CPU处理。

存储单元：由若干存储元件组成，每个存储元件存储一位二进制数。
① 若计算机按照字节编址，每个存储单元的大小为1字节，1B = 8bit;
② 若计算机按字编址，则每个存储单元的大小为一个字，字长由题目给出16位或32位等。

代码被翻译成指令，指令由操作码与地址码组成：指令 = 操作码 + 地址码。
有些指令可能没有地址码，比如停机指令

逻辑地址：指程序运行过程中使用的地址，也称为虚拟地址（Virtual Address）。它由CPU生成，用于访问内存中的数据。对于32位系统，逻辑地址的范围为[0, 2^32 – 1]
进程在运行时看到和使用的都是逻辑地址；不同进程可以有相同的逻辑地址，可以映射到内存的不同位置。
（1）逻辑地址的大小和位数取决于CPU的架构和操作系统的设计，通常是一个定长的二进制数值。
（2）在执行指令时，CPU通过将逻辑地址转化为物理地址来获取数据。

物理地址：指内存中实际的地址，也称实地址（Real Address）。
物理地址表示内存模块中每个存储单元（通常是字节）的唯一标识符，因此具有唯一性，且直接与内存相关联。

在内存管理中，操作系统根据自己的算法，将逻辑地址转化为物理地址，使得程序能够正常读取内存中的数据和向内存写入数据。

内存管理的主要功能：
① 内存空间的分配与回收；② 地址转换；③ 内存空间的扩充；④ 内存共享；⑤ 存储保护

1、装入的三种方式

（1）绝对装入：在编译的时候，如果知道程序将要放到内存的哪个位置（1、编译或汇编时给出；2、程序员直接赋予），编译程序将产生绝对地址的目标代码。装入程序按照装入模块中的地址，将程序和数据装入内存。

程序中使用的绝对地址，可在编译或汇编时给出，也可以由程序员直接赋予。而通常情况下采用的是符合地址，汇编或编译的时候转换为绝对地址。

（2）静态重定位（可重定位装入）：编译、链接后的装入模块的地址都是从0开始的，指令中使用的地址、数据存放的地址都是相对于起始地址而言的逻辑地址。可根据当前内存的情况，将装入模块装入到内存的合适位置，装入时对地址重定位，将逻辑地址转化为物理地址。（地址变换是在装入时完成的）

当一个作业装入内存时，必须分配给它要求的全部内存空间，若没有足够的内存空间，则无法装入。作业一旦进入内存空间，整个运行期间就不能再内存中移动，也不能再申请新的内存空间。

（3）动态重定位（动态运行时装入）：编译、链接后的装入模块的地址都是从0开始的。装入程序把装入模块装入内存后，并不会立即把逻辑地址转化为物理地址，而是把地址转换推迟到程序真正要执行的时候才进行。因此装入内存后所有的地址依旧是逻辑地址。这种需要一个重定位寄存器的支持。

重定位寄存器：存放程序在内存中的起始位置。

优点：可将程序分配到不连续的存储区；在程序运行之前只需要装入它的部分代码即可投入运行，然后再程序运行期间，根据需要再动态地申请分配内存；便于程序段的共享。

注意：（1）、（2）装入内存后都是物理地址，而（3）装入内存后依旧是逻辑地址。

2、链接的三种方式

（1）静态链接：在程序运行之前，先将各目标模块及它们所需的库函数链接成一个完整的可执行文件，之后不再拆开。

需要解决两个问题：
① 修改相对地址。编译后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。将每个模块中所用的外部调用符号都变换为相对地址。

（2）装入时动态链接：将用户源程序编译后所得到的一组目标模块，在装入内存时，采用边装入边链接的方式。

优点：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：在程序执行时需要用到该模块时，才对它进行链接。

优点：加快程序的装入过程，还可以节省内存空间。

3、进程的内存映像

概念：不同于存在硬盘上的可执行文件，当一个程序调入运行的时候，就构成了进程映像。包含：
（1）代码段：即一个程序的二进制代码部分，代码段只读，可被多个进程共享。
（2）数据段：包含全局变量和局部变量。
（3）进程控制块（PCB）：存放于系统区，OS通过PCB来控制和管理进程。
（4）堆：用来存放动态分配的变量，通过调用malloc函数动态地向高地址分配空间。
（5）栈：用来实现函数调用，从用户空间往低地址增长。
代码段和数据段在调入内存中时就指定了大小，而堆和栈会动态地扩展和收缩。