操作系统存储管理详解：分区、分页与虚拟存储

"操作系统习题集之存储管理知识.pdf，包含存储管理的任务、功能和相关概念，如逻辑地址与物理地址、重定位、虚拟存储、分区分配存储管理算法以及页式和段式存储管理等内容，强调了内存扩充、内存保护以及页面置换算法的理解和掌握。" 操作系统中的存储管理是确保多道程序高效运行的关键部分，它负责管理和优化计算机的内存资源。存储管理的主要任务包括内存区域的分配与回收、内存扩充以及内存保护和共享。在多道程序系统中，每个进程都有自己的地址空间，也称为逻辑地址空间，而物理地址空间则反映了内存的实际布局。 逻辑地址和物理地址是存储管理中的基本概念。逻辑地址是程序在执行时使用的地址，由程序员在编程时指定，而物理地址是内存芯片上实际存储单元的地址。在具有地址变换机构的系统中，通过地址转换机制将逻辑地址转换为物理地址，使得程序可以独立于物理内存布局运行。 存储管理的内存扩充技术主要依靠虚拟存储。虚拟存储器通过将硬盘上的部分空间作为扩展内存，形成了一个逻辑上的连续地址空间，使系统能处理超过实际物理内存大小的程序。交换与覆盖是两种常见的内存扩充技术，前者将暂时不活跃的进程交换到外存，为新进程腾出内存空间，后者则是在内存有限的情况下，允许某些程序部分在内存和外存之间动态地进出场。 分区分配存储管理是早期的操作系统中常用的方法，包括固定分区、可变式动态分区、可重定位分区和多重分区。动态分区分配算法如首次适应法、循环适应法、最佳适应法和最坏适应法，用于决定如何有效地分配空闲的内存块。 页式存储管理是一种将逻辑地址空间划分为固定大小的页，物理内存划分为相同大小的页框的管理方式。页表是实现页式存储管理的关键，它记录了每个逻辑页对应的物理页框号。请求页式存储管理引入了虚拟内存概念，当需要的页不在内存时，产生缺页异常，系统会根据淘汰算法选择一页替换。常见的页面淘汰算法有FIFO（先进先出）、LRU（最近最少使用）、LFU（最不经常使用）、NUR（最近未使用）以及OPT（最优淘汰）。 段式存储管理以逻辑结构为基础，将程序按逻辑段进行划分，便于代码的组织和共享。段页式存储管理结合了段式和页式管理的优点，既能按逻辑结构管理又能实现局部性。 理解三级存储器结构——高速缓存(Cache)、内存(RAM)和外存(HDD/SSD)之间的层次关系也是关键。高速缓存提供快速访问但容量有限，内存是主工作区，外存则提供大容量但较慢的存储。 教学要求不仅涵盖了以上概念，还强调了如何从逻辑地址到物理地址的转换、分段存储管理的实现以及各种页面置换算法的理解和掌握。这些知识点对于理解和优化操作系统性能至关重要。