操作系统基础:内存管理概述【上】

简介: 操作系统基础:内存管理概述【上】



🏕️1 内存管理基础概念

🏡1.1 总览

🏡1.2 内存管理应有的功能

🏖️1.2.1 内存空间的分配和回收

示意图:

🏖️1.2.2 从逻辑上扩充内存

试想,随便下载一个大软件,其大小远远超过我们的内存大小,那么为什么这个软件可以运行呢?原因是操作系统采用了虚拟内存,即使物理空间较小,但是逻辑空间却可以很大。

🏖️1.2.3 地址转换

提供地址转换功能,负责程序的逻辑地址与物理地址的转换

三种装入方式为:

🏖️1.2.4 内存保护

提供内存保护功能,保证各进程在各自存储空间内运行,互不干扰。

使进程只可以访问属于自己的空间,不能去访问系统内核、其他进程的内存空间。那么,如何才可以实现内存保护呢?

以下图的进程1为例子

(1)设置上下限寄存器。

例如,进程1的实际物理地址为100-279,那么下限寄存器应该存放100,上限寄存器应该存放279。

(2)重定位寄存器、界地址寄存器

重定位寄存器存放进程的实际物理地址的下限,界地址寄存器存放进程所需的最空间。例如,进程1的重定位寄存器存放100,界地址寄存器存放179-0=179。

🏡1.3 知识总结

🏕️2 覆盖与交换

🏰2.1 总览

🏰2.2 覆盖技术

🏖️2.2.1 覆盖技术的基本思想

🏖️2.2.2 例子

如图,这是一个程序的结构调用图。可以看到,A是程序运行所必须的代码段,因此放在固定区内;B、C不可能同时运行,因此可以分配同一个覆盖区,D、E、F同理。如图所示

因此,本来应该将代码全部放入,但是操作系统只分配了一部分空间就实现了全部放入的结果,因此从逻辑上看,操作系统的内存大小是被拓展了的。

🏖️2.2.3 缺点

🏰2.3 交换技术

🏝️2.3.1 基本思想

比如说,假设内存中有进程1、2、3,如图

此时内存紧张,进程1、2需要暂时换出外存,因此在内存保留它们的PCB后(方便操作系统的后续管理)将它们置于挂起队列,空出的内存空间给更为紧张的进程使用。

🏝️2.3.2 待解决的问题

对于问题1:

磁盘空间的示意图:

对于问题2:

对于问题三

🏰2.4 总结

🏕️3 连续内存分配

🏠3.1 总览

🏠3.2 单一连续分配

🏖️3.2.1 思想

如图:

🏖️3.2.2 优点

一个进程独占内存,就不会发生进程访问其他进程的内存空间的情况,且即使进程访问了操作系统的内核程序,通常也可以通过重启解决,所以这种方式下不一定需要采取内存保护?

🏖️3.2.3 缺点

🏠3.3 固定分区分配

🏝️3.3.1 基本思想

🏝️3.3.2 分类

根据分配的空间相等与否可以分为以下两类

如图

🏝️3.3.3 特点

🏝️3.3.4 如何管理固定分区

可以通过分区说明表进行管理,其具体内容如图:

这种数据结构可以通过数组或链表实现

🏝️3.3.5 优缺点

🏠3.4 动态分区分配

🏝️3.4.1 基本思想

🏝️3.4.2 记录内存使用情况的数据结构

可以采取空闲分区表、空闲分区链表示

(1)空闲分区表

例子:

(2)空闲分区链

例子:

🏝️3.4.3 空闲分区的分配

分配算法在下一小节进行详细描述

🏝️3.4.4 分区的分配和回收

假设操作系统采用空闲分区表管理分区(使用空闲分区链同理)

(1)分配操作

假设起始表内容如下:

①假如一个空闲分区的大小大于进程申请的空间,那么直接修改内容和即可。 假设一个4MB的进程进入,需要分配到分区1中,那么分区表应该修改如下:

②假如一个空闲分区的大小等于进程申请的空间,那么需要删除该内容。假设一个4MB的进程进入,需要分配到分区3中,那么分区表应该修改如下:

(2)回收操作

①回收分区的后面(后面)有空闲分区

直接修改表项内容

②回收分区的后面没有空闲分区

增加一个表项内容

③回收分区的前后均为空闲分区

合并表项内容

注意:各表项的排序不一定按照分区地址的大小进行排序

🕮 4 总结

操作系统,如默默守护的守夜者,无声地管理硬件与软件的交流,为计算机创造和谐秩序。

它是无形的引导者,让复杂的任务变得井然有序,为用户提供无忧体验。

操作系统的巧妙设计,让计算机变得更加智能高效,让人与科技之间的交流更加顺畅。

在每一次启动中,它如信任的伙伴,带领我们进入数字世界的奇妙旅程。

渴望挑战操作系统的学习路径和掌握进阶技术?不妨点击下方链接,一同探讨更多操作系统的奇迹吧。我们推出了引领趋势的💻OS专栏:《OS从基础到进阶》 ,旨在深度探索OS的实际应用和创新。🌐🔍

相关文章
|
3天前
|
算法 UED
深入理解操作系统:虚拟内存管理机制
【7月更文挑战第4天】在数字时代的浪潮中,操作系统的虚拟内存管理机制如同一座精巧的时间桥梁,连接着有限的物理资源与无限的程序需求。本文将揭开这座桥梁的秘密,从虚拟内存的基本概念出发,逐步深入到页面置换算法的世界,探讨它们如何影响系统性能和用户体验。通过对比分析不同的页面置换策略,我们旨在为读者提供一种全新的视角,以理解和评估现代操作系统中这一至关重要的功能。
6 1
|
5天前
|
存储 缓存 算法
操作系统的内存管理机制及其对系统性能的影响
本文深入探讨了操作系统中内存管理的关键技术和策略,以及它们如何影响计算机系统的整体性能。通过分析不同的内存分配算法、虚拟内存技术、以及缓存策略,本文旨在揭示这些机制对于提高资源利用效率、减少延迟和优化用户体验的重要性。结合最新的研究成果和实际案例,本文为读者提供了对操作系统内存管理深度理解的视角,并讨论了未来可能的发展趋势。
|
6天前
|
存储 安全 Linux
深入理解操作系统:从进程管理到内存分配
【6月更文挑战第30天】在数字时代的心脏,操作系统是现代计算不可或缺的组成部分。本文将深入探讨操作系统的核心功能,包括进程管理、内存分配以及文件系统管理。我们将通过实际案例分析,揭示这些机制如何在提高计算机性能的同时保证资源的有效利用。文章旨在为读者提供对操作系统工作原理的深刻理解,并展示其在现代技术中的应用价值。
|
11天前
|
存储 缓存
操作系统的虚拟内存管理机制
在现代计算机系统中,虚拟内存是一种至关重要的内存管理技术。它允许操作系统使用硬盘空间来扩展物理内存容量,从而支持更多并发运行的程序。本文将深入探讨虚拟内存的概念、实现方式以及其在操作系统中的作用和重要性。
|
11天前
|
存储 算法
探索现代操作系统中的虚拟内存管理技术
在数字时代的浪潮中,操作系统的心脏——虚拟内存管理技术,正以它独有的韵律跳动。本文将带你穿梭于操作系统的迷宫,揭开虚拟内存如何巧妙地扩展有限的物理内存之谜。从分页机制的精妙设计到交换空间的策略运用,我们将一探究竟。你将看到,虚拟内存不仅仅是一个存储数据的地方,它是速度与效率的协调者,是多任务处理的幕后英雄。随着技术的演进,虚拟内存管理不断优化,为应用程序提供了一片更为广阔的运行天地。让我们一同走进这个充满智慧的世界,感受操作系统中虚拟内存管理的魅力所在。
13 1
|
3天前
|
存储 算法 数据安全/隐私保护
探索现代操作系统的内存管理技术
【7月更文挑战第4天】本文将深入探讨现代操作系统中内存管理的关键技术和策略,包括虚拟内存、分页与分段、以及内存分配算法。我们将了解这些技术如何优化资源使用,提高系统性能,并确保数据安全和完整性。
|
4天前
|
缓存 算法 UED
操作系统中的内存管理技术及其性能影响
在现代计算机系统中,操作系统的内存管理机制对系统性能有着至关重要的影响。本文将深入探讨内存管理的关键技术,包括虚拟内存、分页和分段,以及它们如何影响系统的响应速度和资源利用效率。通过分析不同内存管理策略的性能表现,并结合最新的研究成果,本文旨在为读者提供关于优化内存管理以提高系统性能的实用指导。
|
5天前
|
算法 安全 UED
深入理解操作系统的虚拟内存管理机制
【7月更文挑战第2天】在现代计算机系统设计中,虚拟内存是实现内存管理高效、安全和可扩展的关键技术。本文将深入探讨虚拟内存的管理机制,包括分页技术、内存分配策略以及页面替换算法等核心概念。通过分析虚拟内存如何优化物理内存的使用,提高系统的运行效率,并讨论其在实际操作系统中的应用和面临的挑战,旨在为读者提供对虚拟内存管理机制的全面理解。
|
6天前
|
存储 算法 程序员
深入理解操作系统:从进程管理到内存分配
【7月更文挑战第1天】在数字时代的心脏,操作系统(OS)扮演着枢纽的角色。本文将探索操作系统的核心概念,包括进程管理、内存分配和文件系统,同时揭示这些机制如何协同工作以确保计算机系统的高效运行。我们将从用户和程序员的视角出发,分析操作系统如何在幕后默默支撑着我们的数字生活。
|
7天前
|
存储 算法 调度
深入理解操作系统:虚拟内存管理的艺术
【6月更文挑战第29天】在数字世界的无限风光背后,隐藏着一个不为人知的复杂世界——操作系统。本文将揭开操作系统中最为精妙的设计之一——虚拟内存管理的神秘面纱,从基础概念出发,逐步探索其背后的原理与实现机制。我们将通过生动的比喻和实例,带领读者领略虚拟内存如何在有限的物理资源上创造出无限的可能,以及它如何优化系统性能,提升用户体验。准备好了吗?让我们一同潜入操作系统的心脏,一探究竟。