内存管理详解：页表、缺页与虚拟存储器实现

"操作系统原理课程总结，包括内存管理和虚拟存储器相关知识，如缺页、页表、逻辑地址与物理地址、动态加载、动态链接、内存分配方法、页表结构、分段管理、地址映射等。" 在操作系统中，内存管理是一个至关重要的部分，它涉及到如何有效地利用有限的内存资源来运行多个并发的进程。本课件重点讨论了缺页和页表的概念，这是虚拟存储器的基础。 缺页是指当处理器试图访问的页面（在虚拟地址空间中）没有在主内存中时发生的情况。操作系统会暂停当前进程，将所需页面从外存（如磁盘）调入主内存，然后恢复进程的执行。这一过程称为缺页中断，是请求分页存储管理方式中的常见现象。如果频繁发生缺页，可能导致进程执行效率下降，这种情况被称为“颠簸”或“抖动”。 页表是一种数据结构，用于实现虚拟地址到物理地址的映射。在分页存储管理中，每个进程都有一个页表，其中包含了各个虚拟页对应的物理页框（或页帧）地址。通过页表，操作系统能够将逻辑地址转换为实际的物理地址，使得进程可以在不连续的内存区域中执行。为了优化地址转换，页的大小通常设置为2的整数次幂，以便于快速计算。 虚拟存储器的实现需要硬件支持，包括页表机制、缺页（或缺段）中断机构和地址变换机构。对于请求分页系统，这些硬件设施确保了进程可以仅将必要的部分载入内存，而在需要其他部分时，能通过中断机制动态地调入。同样，请求分段存储管理方式也需要类似的硬件支持，只是使用段表而非页表，处理的是逻辑段而不是逻辑页。 动态加载和动态链接是提高内存利用率的手段。动态加载允许程序的部分在需要时才加载到内存，而动态链接则允许程序在运行时解析和绑定外部依赖，这样可以减少内存占用，并便于库的更新和共享。 内存分配方法包括连续分配和非连续分配。连续分配方式，如固定分区和可变分区，适用于早期的单道或多道系统。非连续分配则包括分页和分段机制，它们提供了更好的内存保护和资源共享能力。分页系统中，逻辑地址由页号和页内偏移组成；分段系统则依据逻辑段进行地址映射，如果段内地址超出段表中指定的段长，会发生地址越界中断。 在段页式存储管理中，每个程序都有一个段表，每个段内又有一个页表，这样可以实现更细粒度的地址映射。地址变换过程通常涉及查找段表得到段基址，然后结合页表和页内偏移形成物理地址。 内存管理是操作系统的核心功能之一，涉及到虚拟存储器、地址变换、动态加载和链接等多个复杂概念。理解和掌握这些知识点对于深入理解操作系统的工作原理至关重要。