操作系统中的内存回收机制与存储管理

"回收内存举例-操作系统第四章" 在操作系统中，内存管理是至关重要的一个环节，它确保了多道程序高效、稳定地运行。本章主要探讨了存储器管理的相关概念，包括存储体系、程序的链接和装入、连续分配方式、分页和分段存储管理方式以及虚拟存储器等。 4.1 存储体系 存储体系是计算机硬件中的关键部分，它由高速缓存(Cache)、主存(Main Memory)和辅存(Disk)等不同层次组成，每个层次都有不同的速度和容量特性。存储管理的目标之一是通过合理的数据管理和地址转换，平衡速度、容量和成本，实现存储器的高效利用。 4.2 程序的链接和装入 程序的链接是在编译后的目标代码与其他模块（如库函数）组合，形成可执行文件的过程。装入则是将这个可执行文件加载到内存中，以便CPU执行。链接可以分为静态链接和动态链接，前者在程序运行前完成，后者在运行时进行。 4.3 连续分配方式 连续分配方式是早期操作系统中常见的内存管理策略，它将整个内存空间划分为固定大小的区域，分配给各个进程。包括单一连续分配（所有进程共享一个连续区域）、固定分区分配（预先划分多个固定大小的分区）和动态分区分配（根据进程需求动态划分）。 4.4 分页存储管理方式 分页存储管理方式将内存和进程的地址空间划分为固定大小的页，每个进程有自己的页表来记录页的物理地址。这种方式提高了内存的利用率，但需要页表和地址变换机构。 4.5 分段存储管理方式 分段存储管理方式按照逻辑结构将进程划分为多个段，每个段有自己的名字和长度。这种方法更适应于模块化编程，但可能导致外部碎片。 4.6 虚拟存储器 虚拟存储器是一种从逻辑上扩展内存的技术，通过将硬盘空间作为内存的一部分使用，实现了大程序在小内存中的执行。它结合了分页或分段机制，使用页面替换算法（如LRU、FIFO等）在内存不足时将部分页面换出到磁盘。 4.7 请求分页/分段存储管理 请求分页和请求分段是虚拟存储器的具体实现，允许进程的部分在内存中，其余部分在磁盘上，按需调入调出。 4.8 页面置换算法 页面置换算法决定了当内存满而需要新页面时，选择哪个页面替换出去。常见的算法有最佳(OPT)、最近最久未使用(LRU)、先进先出(FIFO)等。 4.9 请求分段存储管理 请求分段管理方式与请求分页类似，但每个段独立考虑，增加了灵活性，但也可能导致更多的外部碎片。 在回收内存的例子中，当进程P1和P3运行结束后，需要对它们占用的内存分区进行处理。P1所占分区的上下都不空闲，所以将其信息加入空闲分区链。而P3所占分区下边的分区F1是空闲的，系统会找到F1节点，合并这两个分区，更新F1的起始地址和长度。这种内存回收操作有助于提高内存的利用率，减少内部碎片，并为后续进程分配更大的连续空间。