操作系统存储管理：先进先出置换算法与Belady现象

本文主要介绍了操作系统中的存储管理，特别是针对先进先出(FIFO)页面置换算法，以及程序的装入和链接过程。 在操作系统中，存储管理是确保多道程序高效运行的关键部分。其中，内存管理和外存管理是两个重要方面。内存管理的主要任务包括内存的分配与回收、地址变换、内存容量的“扩充”以及存储保护。内存管理方式有多种，例如连续分配、分页、分段以及虚拟存储器等。 先进先出(FIFO)页面置换算法是一种简单的页面替换策略，其依据是最早进入内存的页面最有可能不再被访问。然而，FIFO算法并不总是有效，尤其对于非线性访问模式的程序，可能会导致频繁的页面替换，反而增加了缺页率。FIFO算法的一个特殊现象是Belady现象，即在某些情况下，增加分配给进程的物理块数可能导致缺页次数增加，这与直觉相悖。 存储管理还包括虚拟存储器的概念，它通过请求分页或分段存储管理方式来解决内存不足的问题。请求分页系统中，当所需页面不在内存时，会产生缺页中断，然后由操作系统负责从外存交换页面。页面置换算法除了FIFO之外，还有最佳(OPT)、最近最久未使用(LRU)等方法，每种算法都有其适用场景和优缺点。 程序在运行前需要经过编译、链接和装入三个步骤。编译阶段，源代码被转换为目标代码；链接阶段，将多个目标代码模块组合成一个可执行程序；装入阶段，程序被加载到内存中。根据装入时间和链接时机的不同，有绝对装入、可重定位装入和动态装入方式，以及静态链接、装入时动态链接和运行时动态链接等链接方式。 在多线程环境中，操作系统需要处理并发执行的线程。线程可以是用户级线程或内核级线程，它们在单处理机、超线程或多核处理器上运行，提供了更高的执行效率和响应性。现代操作系统如Windows和Unix在进程和线程管理上有着不同的实现方式。 操作系统中的存储管理是一个复杂而重要的领域，涉及到内存的分配、回收、地址映射、页面置换算法以及程序的装入和链接等多个环节，这些机制共同保证了系统的稳定性和性能。