操作系统存储管理：内存分配与地址变换

"内存分配是操作系统存储管理的重要组成部分，其主要任务是有效地为多道程序分配内存资源，实现内存的分配和回收，以及地址变换，从而提供良好的运行环境。内存管理方式包括连续分配、分页、分段以及虚拟存储器等。 在连续分配方式中，程序被连续地分配到内存中，可能导致碎片问题。碎片分为页内碎片和页间碎片。页内碎片是指最后一页未填满内存块，而页间碎片则是指空闲内存块分散，无法形成一个连续的大块供大程序使用。为解决这个问题，引入了分页存储管理方式。分页系统通过将内存划分为固定大小的帧，并将程序分割为同样大小的页，以此减少碎片。页表在这种机制中起到关键作用，它记录了每个逻辑页对应的物理帧号，实现了从逻辑地址到物理地址的转换，避免了使用链接技术所带来的复杂性。 分段存储管理则更注重逻辑结构，允许程序按照其逻辑部分（如函数或数据结构）划分成段，每段有自己的地址空间。这种方式增强了编程的灵活性，但同样可能导致碎片问题。为了克服这个问题，操作系统可能会采用段页式存储管理，结合分页和分段的优点。 虚拟存储器是现代操作系统中的一个重要特性，它通过将主存和辅存结合起来，使得程序可以使用比实际物理内存更大的地址空间。请求分页和请求分段存储管理方式允许程序仅加载必要的部分到内存，当需要其他部分时再进行换入，这降低了对物理内存的需求。页面置换算法是虚拟存储器中的关键技术，例如最久未使用（LRU）、首次不命中（FIFO）等，它们决定了何时以及哪个页面应该被换出到外存。 存储保护是确保每个进程只能访问其自己的内存区域，防止数据被非法篡改或破坏。这通常通过设置内存保护位来实现，操作系统会检查每个内存访问操作是否合法。 在程序的装入和链接过程中，源程序首先经过编译生成目标代码。静态链接是在编译阶段完成的，将所有依赖库合并成一个单一的可执行文件；装入时动态链接则在程序装入内存时完成，只有在运行时动态链接才会在程序执行时进行，这有利于节省内存和提高模块的独立性。 内存分配和管理是操作系统的关键功能，它涉及到地址变换、存储保护、虚拟存储和程序的装入链接等多个方面，这些内容对于理解和优化系统的性能至关重要。"