存储器管理：层次结构与程序装入链接

"第四章 存储器管理，包括存储器的层次结构、程序的装入和链接等内容。" 在现代计算机系统中，存储器管理扮演着至关重要的角色。本章节主要探讨了存储器的层次结构以及程序从源代码到运行在存储器中的装入和链接过程。 首先，4.1 存储器的层次结构讲述了如何通过构建多级存储来平衡速度、容量和成本。存储器通常分为寄存器、高速缓存(Cache)、主存储器和外存这四级。寄存器是CPU内部最快的存储单元，而高速缓存用于缓解CPU与主存之间的速度差异。主存储器用于保存运行时的程序和数据，容量比寄存器大但速度慢。外存则提供大量存储空间，但访问速度最慢。这种层次结构的设计旨在确保各个层次的存储器都能保持适度的繁忙状态，以优化整体性能。 4.1.2 各种存储器的特点也各有不同。主存储器，即内存，具有中等速度和容量，价格相对适中，但数据不稳定，断电后会丢失。寄存器与CPU紧密集成，执行速度最快，但容量有限。高速缓存Cache位于CPU和主存之间，通过高速读写来减少主存的访问次数。磁盘缓存则利用内存的一部分，由操作系统管理，用于提高磁盘I/O效率。 4.2 程序的装入和链接是程序执行前的关键步骤。编辑阶段产生源文件，编译阶段生成目标模块，链接阶段将多个目标模块合并成可执行文件，解决模块间的符号地址。装入阶段，程序被加载到内存中，逻辑地址转化为物理地址，并创建进程控制块(PCB)，使程序准备好执行。 4.2.1 程序的装入方式主要有绝对装入和动态装入。绝对装入方式在编译时就确定了程序在内存中的位置，这种方式简单但不适用于多道程序环境，因为程序的绝对地址可能会与其他程序冲突。相对装入和动态装入方式允许程序在内存的任意位置装入，提供了更大的灵活性，适合现代操作系统中的多任务处理。 存储器管理是操作系统的核心功能之一，它确保程序能够有效地在存储器的层级结构中运行，同时解决了速度、容量和成本的平衡问题。程序的装入和链接则是程序生命周期中不可或缺的环节，确保了程序从源代码到运行状态的平滑过渡。