操作系统存储管理详解：虚拟内存与地址映射

"操作系统基础知识–存储管理主要涵盖了存储器的层次结构、存储管理的主要功能，包括地址映射、主存分配与回收、存储保护以及主存扩充（虚拟内存）。此外，还涉及了程序的编译、链接和装入过程，以及不同的装入方式和链接方法。在内存分配方面，提到了连续分配方式，如单一连续分配、固定分区分配、动态分区分配和可重定位分区分配。最后，讨论了分页存储管理和分段存储管理的基本概念，包括页大小选择的影响，以及快表（TLB）的作用。" 在操作系统中，存储管理是至关重要的，它确保了有效利用有限的内存资源，提高系统的运行效率。存储器的层次结构通常包括高速缓存（Cache）、主存（RAM）和辅助存储（如硬盘），这些层级的存储设备具有不同的速度和容量，通过缓存技术减少主存与辅助存储之间的数据传输时间。 存储管理的功能包括： 1. **地址映射**：将进程的逻辑地址转换为实际的物理地址，使得程序可以独立于物理内存的布局运行，这一过程也称为地址重定位。 2. **主存分配与回收**：根据进程需求分配内存空间，并在进程结束或释放内存时进行回收，防止内存泄漏。 3. **存储保护**：确保每个进程只能访问其被分配的内存区域，防止数据的非法访问和破坏。 4. **主存扩充（虚拟内存）**：通过将部分程序和数据存放在磁盘上，当需要时再调入内存，实现对物理内存的扩展，提供比实际内存更大的地址空间。 程序的装入与链接分为三个阶段： 1. **编译**：将高级语言源代码转化为机器语言的目标模块。 2. **链接**：将多个目标模块和所需的库函数组合成一个完整的装入模块。 3. **装入**：将装入模块加载到内存中，可以采用绝对装入、可重定位装入和动态运行时装入等不同方式。 链接方法有静态链接、装入时动态链接和运行时动态链接： 1. **静态链接**：在程序执行前一次性完成所有链接。 2. **装入时动态链接**：在程序装入内存时进行链接。 3. **运行时动态链接**：链接操作延迟到程序运行时才执行。 连续分配方式是早期内存管理的一种策略，包括： 1. **单一连续分配**：所有用户程序都在单一连续的内存区域中运行。 2. **固定分区分配**：将内存划分为固定大小的分区，每个进程分配一个分区。 3. **动态分区分配**：根据进程需求动态分配内存，可以避免固定分区的碎片问题。 4. **可重定位分区分配**：允许在内存中的移动，进一步优化内存利用率。 分页存储管理是现代操作系统常用的方式，逻辑地址分为页号和页内偏移量，页可以在物理内存中不连续存放。页大小的选择需权衡内存浪费和页表长度。快表（TLB）是一种辅助硬件，用于快速查找页表项，减少内存访问时间。 分段存储管理则是按逻辑结构划分内存，便于模块化编程和数据保护，但可能导致外部碎片。 理解这些基础知识对于深入学习操作系统原理和技术至关重要，因为存储管理直接影响到系统的性能和稳定性。