优化存储器管理：对换空间与层次结构详解

本章节主要探讨的是第四章《对换空间的管理》，属于存储器管理的内容。存储器管理是计算机系统中的关键环节，它涉及如何有效地利用有限的物理内存资源，以支持并发运行的多个进程。对换空间，即交换分区，是操作系统为提高进程换入/换出速度而设置在外部存储器的一个区域。其管理采用连续分配的方式，类似于动态分区分配的策略，维护着动态分配和回收的机制。 首先，存储器层次结构是讲解的重点，它包括多级存储器结构，从CPU寄存器到主存储器（包括高速缓存和磁盘缓存），每级存储器都有其特定的访问速度、成本和容量。寄存器和主存储器（可执行存储器）直接供CPU访问，而高速缓存和磁盘缓存则通过减少实际内存访问来提升性能。例如，高速缓存通过存放频繁使用的数据，提高了CPU的执行效率，而磁盘缓存则解决磁盘I/O速度慢的问题。 其次，程序的装入和链接过程是将用户程序转化为可执行文件的重要步骤。这包括编译源代码成目标模块，链接相关库函数，最后将这些模块装入内存以便运行。装入方式有三种：绝对装入、可重定位装入和运行时装入，每种方式都有其适用场景和特点。 章节还介绍了两种基本的存储管理方式——基本分页和基本分段存储管理，以及虚拟存储器的概念，这是现代操作系统中处理内存不足的有效手段。虚拟存储器允许进程使用比实际物理内存更大的地址空间，通过在主存和外存之间进行页面或段的交换，实现了程序的运行。 此外，页面置换算法是虚拟存储器管理的核心部分，它是决定何时将哪些页面调出内存并放入外存的关键决策。常见的页面置换算法如最佳、最差、最近最少使用等，各有优缺点，需要根据系统的具体需求来选择。 最后，请求分页和请求分段存储管理方式是对以上理论的实际应用，它们结合了虚拟存储器的优势，并处理更复杂的内存分配和回收。 本章内容涵盖了存储器层次结构的组织、程序的装入链接过程、基本存储管理方法、虚拟存储器技术以及重要的内存管理算法，这些都是理解现代操作系统高效运作的基础知识。