存储器管理：LRU替换算法与硬件支持

"本章主要讨论了存储器管理的相关内容，包括存储器的层次结构、程序的装入和链接、连续分配方式以及分页和分段存储管理方式。特别是LRU置换算法的硬件支持，该算法在实现时需要借助寄存器或者特殊的硬件结构来快速确定最近最久未使用的页面。" 在存储器管理中，LRU（Least Recently Used）置换算法是一种常用的选择，它的核心思想是替换最近最久未使用的页面。为了在实际系统中高效地实现LRU，需要有特定的硬件支持。其中一种方案是使用寄存器，为每个页面配置一个移位寄存器，当访问到某个物理块时，对应的寄存器位会被置1，并且定期将寄存器内容右移。这样，数值最小的寄存器对应的就是最近最久未使用的页面。 存储器的层次结构是多级的，通常包括CPU寄存器、主存储器和辅助存储器。寄存器访问速度最快但容量最小，主存储器次之，而辅助存储器（如硬盘）速度最慢但容量最大。为了平衡速度和容量，系统会使用高速缓存（如L1、L2缓存）来缓存主存中频繁访问的数据，进一步提升性能。磁盘缓存则是利用主存空间来临时存储频繁访问的磁盘数据，减少磁盘I/O操作，提高整体系统效率。 程序的装入和链接是将源代码转换成内存中可执行文件的过程。编译阶段将源代码编译成目标模块，链接阶段将这些模块与所需的库函数连接成一个完整的装入模块。装入模块可以采用绝对装入、可重定位装入或运行时装入方式装入内存，每种方式都有其适用场景和优缺点。 在分页存储管理方式中，操作系统将进程的地址空间分成固定大小的页，而物理内存也被分割成同样大小的页框。LRU算法在此起到关键作用，当发生页故障（缺页）时，需要选择一个页面进行替换，LRU确保被替换的页面是最不常使用的。请求分页系统则是在主存不足时，仅将需要的页面调入，其余页面保留在磁盘上，降低了内存需求。 本章深入探讨了存储管理的关键技术，包括LRU置换算法的实现、存储器层次结构的优化以及程序装入和链接的流程，这些都是操作系统中不可或缺的部分，对于理解和优化系统的性能至关重要。