操作系统内存管理详解：分配、回收、地址变换与虚拟存储

"操作系统之MM(concept)内存管理概念" 内存管理是操作系统的核心功能之一，主要涉及如何有效地分配、管理和保护内存资源。本资源由北京航空航天大学计算机科学与工程系的王雷教授讲解，涵盖了存储器管理的多个关键概念。 首先，存储分配是内存管理的基础，目的是在多道程序环境下合理分配有限的内存资源，使得多个进程能够同时共享主存空间。这涉及到内存分配策略和算法的选择，以及相应的数据结构设计，如分区分配、分页、分段等。 其次，存储器资源的组织方式对系统的性能有直接影响。内存组织包括了高速缓存、主存和外存的层次结构，旨在通过不同层次的存储器来平衡访问速度、容量和成本。例如，寄存器提供最快访问，然后是缓存、主存，最后是外存，这种层次结构使得数据能在需要时快速获取，而成本较低的存储设备用于长期存储大量数据。 地址变换是内存管理的关键技术，它涉及到逻辑地址到物理地址的映射。在程序执行过程中，处理器使用的逻辑地址需要转换为实际内存中的物理地址，这通常通过硬件的地址翻译机制和软件的重定位技术实现。链接技术则是在编译期间或装入时解决程序中外部引用的过程。 存储共享和保护是确保多任务环境下数据安全和程序正确运行的重要手段。代码和数据的共享可以提高资源利用率，但同时也需要设置访问权限，防止非法修改或执行，如只读、读写和执行权限的设定。 存储器扩充是指通过逻辑组织技术使得程序可以访问超过物理内存大小的地址空间。这包括覆盖技术，允许程序在有限内存中动态替换数据；交换技术，将暂时不活跃的进程从内存移到外存，为活跃进程腾出空间；以及请求调入和预调入，这些是虚拟内存的一部分，能够在需要时自动加载或预加载部分进程到内存。 程序的装入和链接是程序运行的前期准备。编译阶段生成的目标文件需要经过链接器连接成为可执行文件，装入阶段则将这个文件映射到内存中。装入方式包括绝对装入、可重定位装入和动态运行时装入，其中动态装入允许程序在运行时根据实际内存情况调整位置。 重定位是装入过程中的一个步骤，它修正程序中的地址，使其适应实际内存布局，包括静态重定位和动态重定位，分别在装入时和运行时完成地址转换。 内存管理涉及了从硬件层面的存储层次结构到软件层面的地址变换、存储分配和回收、存储共享保护等多个复杂环节，是操作系统保证程序高效、安全运行的基石。