存储器层次结构与内存管理

"连续分配-操作系统之内存管理" 在操作系统中，内存管理是至关重要的一个环节，它确保了系统的高效运行和资源的有效利用。本文主要关注连续分配这一内存管理策略，特别是固定分区的方法。 固定分区分配是早期操作系统中常用的一种内存管理技术。它将内存的用户区域划分为若干个固定大小的区域，每个区域只能容纳一个进程。这种方式简单直观，但存在一些明显的局限性。首先，分区的大小和数量在系统启动时就需要确定，这限制了对不同大小进程的适应性。其次，未充分利用的内存空间可能导致浪费，因为无法为大小不匹配的进程分配内存。最后，一旦分区分配完毕，无法进行调整，容易导致内存碎片。 管理固定分区分配需要维护一个分区使用表，也称为内存分配表，用于记录每个分区的状态，比如已分配或空闲。这个数据结构对于跟踪内存使用情况至关重要，但也会增加额外的管理开销。 内存管理的目标主要包括有效利用内存空间、平衡管理开销以及提供方便的编程环境，使应用程序无需关心内存的具体细节。内存管理的功能涉及记录内存使用状况、分配和回收内存空间、处理内存不足的情况以及实现内存共享和保护，防止数据被非法访问或篡改。 在程序的生命周期中，连接和装入是两个关键步骤。连接器负责将多个目标文件和库文件合并成一个可执行文件，解决外部符号引用并进行地址重定位。连接可以在编译时（静态连接）、装入时或运行时（动态连接）进行。装入方式有完全静态装入、静态重定位装入和动态重定位装入，每种方式都有其优缺点，例如静态装入简化了程序执行，但缺乏灵活性；动态重定位装入则能在运行时根据需要调整地址，但增加了系统复杂性。 内存的层次结构是解决容量、速度和成本之间矛盾的策略。从寄存器到高速缓存再到内存和磁盘，速度逐渐降低，容量逐渐增大，成本相应下降。高速缓存（Cache）作为缓冲，提高了内存访问速度，降低了CPU等待时间。虚拟存储器进一步扩展了可用内存，通过页面调度策略，使得部分不常使用的数据和代码可以保存在磁盘上，以减少对昂贵的内存资源的需求。 总结起来，内存管理是操作系统核心功能之一，涉及到内存分配策略、程序连接与装入机制，以及存储层次结构的优化，这些都对系统的性能和资源利用率有着直接影响。