操作系统内存管理详解：装入、链接与地址变换

操作系统中的内存管理是确保计算机系统高效、稳定运行的关键部分。这一章主要涵盖了将源程序转换成内存中可执行程序的过程，以及多种内存装入和链接方法。此外，还讨论了内存保护机制和不同类型的内存分配策略，以减少碎片并优化资源利用率。 1. 编译与链接： - 编译：编译器将高级语言源代码转化为机器语言，生成一系列的目标模块。 - 链接：目标模块通过链接器组合成一个完整的装入模块，确定逻辑地址。链接有三种方式： - 静态链接：在程序运行前完成所有地址计算，生成绝对地址。 - 装入时动态链接：装入过程中形成完整逻辑地址。 - 运行时动态链接：仅在程序运行时，按需链接目标模块。 2. 装入： - 装入：装入模块进入内存，映射其逻辑地址到物理地址。装入有三种方式： - 绝对装入：预先知道起始地址，地址变换在编译时完成，适用于单道程序。 - 静态（可）重定位装入：装入时分配连续地址，地址变换在装入时完成。 - 动态重定位（运行时）装入：使用重定位寄存器，地址变换在程序执行时，允许程序在内存中移动。 3. 内存保护： - 目的是防止进程越界访问，有两种主要方法： - 设置上下限寄存器：限制进程的访问范围。 - 设置重定位寄存器和界地址寄存器：记录进程起始地址和最大逻辑地址。 4. 内存管理方式： - 连续分配：系统分配连续的内存空间。 - 单一连续分配：适用于单道程序，有内部碎片，无外部碎片。 - 固定分区分配：支持多道程序，有内部碎片，无外部碎片（除非分区过大或过小）。 - 动态分区分配：根据进程大小动态分配，有外部碎片，可通过紧凑技术解决。 - 非连续分配：内存空间分散分配。 - 基本分页存储管理：将进程分割成页，页可以分散在内存块中，通过页表进行地址映射，减少外部碎片。 5. 地址转换： - 逻辑地址到物理地址的转换通常依赖于页表，页表记录了页和块的映射。在进程切换时，操作系统会将页表的起始地址和长度加载到处理机状态寄存器。 6. 数据结构： - 空闲分区表：记录内存中的空闲区域。 - 空闲分区链：链表形式表示内存空闲分区。 内存管理是操作系统的核心功能之一，涉及编译、链接、装入、地址变换、内存保护以及多种内存分配策略，这些机制共同确保了程序的有效执行和内存资源的高效利用。