操作系统存储器管理：空闲分区表与连续分配

"本文主要介绍了操作系统中的存储器管理，特别是空闲分区表的概念，并涉及到存储体系、程序的链接和装入、连续分配方式等多个知识点。" 操作系统中的存储器管理是确保多道程序高效运行的关键，它包括提高存储器的利用率和逻辑上扩展存储空间等任务。在存储体系中，由于各种存储设备的速度和容量各不相同，因此形成了一个从高速缓存到硬盘的多层次存储结构，这种存储层次结构旨在平衡速度、容量和成本。存储管理的主要功能包括内存分配与回收、地址变换、内存容量的“扩充”以及存储共享和保护。 在程序的链接和装入过程中，用户程序首先需要经过编译、汇编等步骤生成目标代码，然后通过链接器将各种模块连接成一个完整的可执行文件。装入时，这个文件会被加载到内存中，以便CPU执行。链接可以是静态的（在程序执行前完成）或动态的（在运行时进行），以适应不同的需求。 连续分配方式是早期操作系统中常用的一种内存管理策略，包括单用户单任务系统中的固定分区分配和多道程序系统中的动态分区分配。动态分区分配又分为首次适应、最佳适应、最差适应等算法，它们分别有不同的优缺点。例如，首次适应算法能快速找到空闲空间，但可能导致内存碎片；而最佳适应算法则优先选择最小的空闲分区，减少浪费，但可能会导致大的空闲分区被不断分割。 分页存储管理方式引入了逻辑地址和物理地址的概念，通过页表进行地址转换，解决了内存碎片问题。每个进程有自己的页表，使得内存分配更加灵活。分段存储管理方式进一步按照程序的逻辑结构划分，允许每个段独立管理，增强了程序的模块性和可维护性。 虚拟存储器是现代操作系统中的重要特性，它利用了外存（如磁盘）来扩展内存，通过页面替换算法（如LRU、FIFO等）在主存和辅存之间动态交换数据，使得进程可以使用比实际物理内存更大的地址空间。请求分页和请求分段存储管理方式允许程序在需要时才调入内存，从而实现了“按需加载”。 本章还涉及了多种页面置换算法，每种算法都有其特定的应用场景和性能特点，例如，FIFO（先进先出）算法简单但可能导致Belady's异常，而LRU（最近最少使用）算法通常表现较好，但实现起来较为复杂。 存储器管理是操作系统的核心部分，它通过精细的管理和优化策略，确保了多个并发运行的程序能够高效、稳定地共享和使用有限的内存资源。