"内存分配-操作系统复习"
操作系统是计算机系统的核心组成部分,它的主要任务是管理和控制硬件资源,尤其是处理机、存储器、设备和信息(文件系统),为用户提供高效便捷的交互环境。在内存分配这一方面,操作系统采用了多种策略来优化资源使用。
内存分配通常分为两种基本方式:以页或段为单位的分配。在描述中提到的是以段为单位的内存分配方法。这种分配方式中,每个段在内存中占据连续的空间,但不同段之间可以在物理地址上不连续存放,这种策略有利于代码和数据的组织,特别是对于那些逻辑上相关的数据或程序部分。例如,一个程序的不同模块(如函数或数据结构)可能被分配到不同的段,便于管理和保护。
在操作系统中,内存管理的一个重要概念是虚拟内存。虚拟内存允许程序认为它拥有连续的内存空间,即使实际物理内存可能是分散的。通过页表和地址翻译机制,操作系统可以实现虚拟地址到物理地址的映射,使得程序能够透明地访问内存,而无需关心实际的物理布局。
处理机管理也是操作系统的关键功能之一,包括进程管理和调度。其中,多道程序设计是提高系统效率的重要手段,它允许多个作业或进程在主存中同时存在,并在CPU之间交替执行。虽然从宏观上看,这些程序似乎是并行运行的,但实际上,由于CPU的单线程性质,它们在微观层面上是串行执行的。
操作系统还负责存储管理,包括内存分配和回收。例如,采用段式存储管理时,操作系统需要确保每个段的起始地址和长度有效,避免段间冲突。为此,系统可能使用界地址寄存器来设置每个段的边界,防止进程超出其分配的内存范围,从而保护了系统的稳定性。
在硬件层面,操作系统需要与CPU的特权级别进行交互。处理器通常有两种状态:管态(特权态或系统态)和目态(普通态或用户态)。在管态下,操作系统可以执行特权指令,如改变内存管理设置或进行中断处理;而在目态下,用户程序只能执行非特权指令,防止对关键系统资源的非法访问。
内存分配是操作系统中复杂且重要的一个环节,涉及到处理机管理、存储管理、并发性和共享性等多个方面。操作系统通过精心设计的机制和策略,确保了内存资源的有效利用,同时也保证了系统的稳定性和安全性。