操作系统原理：存储器管理详解

"该PPT课件主要涵盖了操作系统原理中关于存储器管理的第四章内容，包括存储器的层次结构、程序的装入和链接、连续分配方式、分页存储管理、分段存储管理、虚拟存储器的概念、请求分页和分段存储管理方式以及页面置换算法等知识点。" 在操作系统中，存储器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，以支持多道程序设计和提供高效的服务。存储器的层次结构包括寄存器、高速缓存(Cache)、主存储器和磁盘缓存。这些层次结构的设计目的是为了减少访问时间并提高整体性能，但它们都属于易失性存储，即一旦断电，存储信息将丢失。 4.1 存储器的层次结构：从最快到最慢的顺序是寄存器、Cache、主存和磁盘。寄存器用于存放运算中间结果，Cache则用来减少CPU与主存之间的通信延迟，主存是计算机的主要工作区域，而磁盘缓存则作为主存的扩展，用于存放暂时不用但需保留的数据。 4.2 程序的装入和链接：程序在运行前需要经过编译和链接过程，链接是将编译后的各个模块组合成可执行文件的过程，装入则是将可执行文件加载到内存中准备执行。 4.3 连续分配方式：早期的操作系统中，内存通常采用连续分配，即将一个进程分配到一块连续的内存区域，包括单一连续分配和固定分区分配，但这种方法难以适应多道程序的需求。 4.4 分页存储管理：为了解决连续分配的问题，引入了分页机制。分页将主存划分为固定大小的页框，程序也被分割为同样大小的页，通过页表进行地址转换。 4.5 分段存储管理：分段方式更灵活，允许每个程序按逻辑结构分成多个段，每段有自己的名字和长度，便于代码和数据的组织和共享。 4.6 虚拟存储器：虚拟存储器是一种内存扩展技术，通过将主存与磁盘结合，形成一个大的地址空间，使得程序可以超出实际内存大小。 4.7 请求分页存储管理：在虚拟存储器中，请求分页允许程序只加载必要的部分到内存，其余部分在需要时才从磁盘调入。 4.8 页面置换算法：由于内存资源有限，当所有页框都被占用时，需要选择一个页替换到磁盘，常见的算法有LRU（最近最少使用）、FIFO（先进先出）等。 4.9 请求分段存储管理：类似于请求分页，但在段的基础上进行，提供了更好的地址管理和内存保护。 存储器管理的目标在于方便用户使用，提高存储器利用率，并确保多道程序环境下各进程间的隔离和安全性。地址映射（或地址重定位）是存储管理的关键技术，通过将逻辑地址转换为物理地址，使得程序能在不同的内存位置上运行。这一转换可以在程序加载时静态完成，也可以在运行时动态完成，例如通过硬件的MMU（内存管理单元）来实现。