虚拟存储器：局部性原理与存储管理

"操作系统第四章-存储管理方案概览" 在操作系统中，存储管理是一个至关重要的环节，它确保了计算机系统能够有效地管理和利用有限的内存资源。本章主要围绕存储管理展开，介绍了多种存储管理方案，旨在提高内存利用率，解决碎片问题，并实现存储的共享与保护。 首先，动态分区分配是一种灵活的内存分配方法，允许系统根据需要动态地分配内存空间，以适应不同大小的进程。单一连续分配则将整个内存分配给一个进程，这种方式虽然简单，但可能导致内存浪费。为了打破存储连续性的要求，引入了动态重定位分区分配，通过地址转换使得进程可以在非连续的内存块中运行，从而缓解碎片问题。 固定分区分配是另一种早期的内存管理策略，将内存预先划分为固定大小的区域，每个区域只能运行特定大小的进程。然而，这种方法无法有效应对大小各异的进程，容易产生内部碎片。动态重定位分区分配则允许进程在内存中的任意位置运行，通过移动进程来优化内存使用。 分段存储管理是基于逻辑结构的管理方式，将程序按逻辑模块划分成段，每段有自己的地址空间，有利于代码的组织和共享。而分页存储管理则是物理上的管理，将内存划分为固定大小的页，进程的逻辑地址映射到物理页上，通过页表进行地址转换。这两种方法都有效地解决了碎片问题，提高了内存利用率。 在多道程序环境中，多个进程可以并发执行，而单道程序环境下则一次只有一个进程运行。在多道程序环境下，存储管理要解决如何在内存中安排多个进程的问题，包括如何避免进程间的冲突和如何高效地进行进程切换。为了支持这些，引入了页表和段表，它们记录了进程的逻辑地址到物理地址的映射，使得操作系统能够管理和控制进程的内存访问。 虚拟存储器是本章的一个核心概念，它解决了内存容量有限的问题。虚拟存储器基于局部性原理，即程序在执行时通常只使用一部分内存，而其余部分则可以暂存于外部存储器，如硬盘。当需要时，操作系统会自动将缺失的部分（页或段）调入内存，而将内存中不再需要的部分换出到外存。这种机制使得系统能够运行比实际内存容量大的多的程序，同时也支持多个程序并发执行。 虚拟存储器通过请求调入（页面或段的按需加载）和置换功能（将内存中的页面或段换出）实现逻辑内存的扩展，使得程序可以拥有比实际内存更大的地址空间。它的运行速度接近于内存，成本接近于外存，实现了性能和成本之间的平衡。 本章深入探讨了操作系统中存储管理的各种策略和技术，包括分区分配、分页和分段、虚拟存储器等，这些都是现代操作系统高效管理内存的基础，对于理解和设计高性能的操作系统至关重要。