操作系统内存管理：Buddy算法与页面置换

"本文主要介绍了操作系统中的内存管理技术，特别是针对考研复习的要点。其中，Buddy算法作为连续分配管理方式的一种，用于有效地管理和分配内存。同时，文章涵盖了内存管理的多个方面，如程序装入与链接、逻辑地址与物理地址空间、内存保护，以及连续分配、非连续分配等多种管理方式。虚拟内存管理也是重点，涉及请求分页、页面置换算法等。" 在内存管理中，Buddy算法是一种高效且实用的内存分配策略，特别适用于需要快速分配和回收内存的系统。该算法规定所有内存分区大小必须是2的幂次，即2k，其中1≤k≤m，而整个可分配内存的大小为2m。当系统启动时，内存被看作一个大小为2m的单一空闲分区。随着进程的执行，不同的空闲分区会被划分为更小的块，并按照大小归类到k个不同的双向链表中。 内存分配时，首先根据进程所需内存大小n找到对应的i值，使得2i-1 < n ≤ 2i。然后在大小为2i的链表中寻找第一个空闲分区进行分配。如果找不到，会尝试在大小为2i+1的链表中查找，并将找到的分区一分为二，形成两个大小为2i的伙伴分区，分配一个给进程，另一个返回2i链表。若2i+1链表也无合适分区，会继续查找更大分区并做相应分割，直到找到合适的分配。 除了Buddy算法，内存管理还包括其他多种策略。连续分配管理方式有单一连续分配、固定分区分配和动态分区分配。单一连续分配将整个内存分配给一个大程序；固定分区分配预先划分固定大小的区域，但存在内零头问题；动态分区分配则在进程请求时分配内存，有首次适应、循环首次适应等不同的分配算法，以减少碎片。 非连续分配方式如分页、分段和段页式管理，则解决了连续分配的碎片问题。分页管理将进程切分成固定大小的页，通过页表映射到物理内存；分段管理依据程序逻辑结构划分；段页式管理结合了分页和分段的优势，每个段再细分页，提供更灵活的内存管理。 虚拟内存机制允许程序使用超过实际物理内存的地址空间，通过请求分页和页面置换算法（如OPT、FIFO、LRU、CLOCK）实现。页面置换算法选择淘汰的页面以解决内存不足的情况，同时避免抖动现象，这里涉及到工作集和程序局部性原理，理解这些原理对于优化内存性能至关重要。 此外，请求分段和请求段页式管理方式则允许进程在需要时才加载部分代码和数据到内存，增加了系统的可用性和效率。理解这些内存管理技术及其优缺点，对于深入学习操作系统和应对考研至关重要。