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操作系统内存管理是计算机系统中的核心技术之一#xff0c;页式管理、段式管理和段页式管理各有优缺点。页式管理通过固定大小的页框减少了外部碎片#xff0c;但可能导致内部碎片#xff1b;段式管理符合程序逻辑#xff0c;提供了灵活的内存保护#xff0c;但可能…概叙
操作系统内存管理是计算机系统中的核心技术之一页式管理、段式管理和段页式管理各有优缺点。页式管理通过固定大小的页框减少了外部碎片但可能导致内部碎片段式管理符合程序逻辑提供了灵活的内存保护但可能导致外部碎片段页式管理结合了两者的优点但增加了复杂性。
在实际应用中不同操作系统可能采用不同的内存管理方式。例如Linux系统采用的是页式管理而Windows系统则采用段页式管理。了解这些内存管理技术有助于我们更好地理解和优化计算机系统的性能。
希望这篇文章能帮助大家更好地理解操作系统的内存管理。
内存管理方式有很多种今天我们主要讨论页式管理、段式管理和段页式管理。
内存管理的基本概念
在现代计算机系统中内存是关键资源之一。操作系统负责管理内存以确保程序能高效、可靠地运行。内存管理的核心任务是将物理内存分配给进程同时保护进程不互相干扰。为此操作系统需要解决以下问题 内存分配将内存分配给不同的进程。 内存保护防止一个进程访问另一个进程的内存。 地址转换将虚拟地址转换为物理地址。 内存回收回收已终止进程的内存 页式管理
1. 基本概念
页式管理Paging是最常用的内存管理方式之一。它将物理内存分成固定大小的块称为页框Frame同时将程序的逻辑地址空间也分成同样大小的块称为页Page。页框和页的大小通常是相同的例如4KB。
2. 地址转换
在页式管理中逻辑地址被分为两部分页号和页内偏移量。地址转换通过页表Page Table完成页表记录了每个页对应的页框号。具体步骤如下 从逻辑地址中提取页号。 在页表中查找页号对应的页框号。 用页框号和页内偏移量计算物理地址。
3. 页表结构
页表的结构可能有多种形式例如单级页表和多级页表。单级页表较简单但对大内存不够高效。多级页表通过分级管理页表减少了内存占用提高了查找效率。
4. 页式管理的优点和缺点 消除外部碎片所有页大小相同避免了外部碎片。 简化内存分配固定大小的页框简化了内存管理。 增加页表开销需要大量内存存储页表特别是多级页表。 内部碎片最后一个页框可能未被完全使用导致内部碎片。 优点 消除外部碎片所有页大小相同避免了外部碎片。 简化内存分配固定大小的页框简化了内存管理。 缺点 增加页表开销需要大量内存存储页表特别是多级页表。 内部碎片最后一个页框可能未被完全使用导致内部碎片。 段式管理
1. 基本概念
段式管理Segmentation将程序的逻辑地址空间分为若干段Segment每段有不同的长度和属性。例如代码段、数据段和堆栈段。每个段有一个段号和一个段内偏移量。 2. 地址转换
段式管理使用段表Segment Table进行地址转换。段表记录了每个段的基地址和段长。具体步骤如下 从逻辑地址中提取段号。 在段表中查找段号对应的基地址和段长。 用基地址和段内偏移量计算物理地址。 3. 段表结构
段表记录每个段的基地址和段长可以是单级段表也可以是多级段表。多级段表用于管理大规模的段。 4. 段式管理的优点和缺点 符合编程逻辑段的划分更符合程序的逻辑结构例如代码段和数据段。 灵活的内存保护不同段可以有不同的保护属性提高了内存保护的灵活性。 外部碎片段的大小不固定可能导致外部碎片。 复杂的地址转换段表管理和地址转换较为复杂。 优点 符合编程逻辑段的划分更符合程序的逻辑结构例如代码段和数据段。 灵活的内存保护不同段可以有不同的保护属性提高了内存保护的灵活性。 缺点 外部碎片段的大小不固定可能导致外部碎片。 复杂的地址转换段表管理和地址转换较为复杂。 段页式管理
1. 基本概念
段页式管理Segmented Paging结合了页式管理和段式管理的优点。它先将逻辑地址空间分为若干段每段再分为若干页。段页式管理既有段表也有页表。
2. 地址转换
段页式管理的地址转换过程分两步 从逻辑地址中提取段号和段内地址。 段表查找段号对应的基地址和段长得到页表基地址。 页表查找页号对应的页框号计算物理地址。 3. 段页式管理的优点和缺点 减少外部碎片页式管理减少了外部碎片问题。 灵活的内存保护段式管理提供了灵活的内存保护机制。 增加复杂性地址转换需要两级查找增加了复杂性和开销。 优点 减少外部碎片页式管理减少了外部碎片问题。 灵活的内存保护段式管理提供了灵活的内存保护机制。 缺点 增加复杂性地址转换需要两级查找增加了复杂性和开销。
