内存管理的核心概念与机制

内存管理的核心概念与机制

1. 内存空间的分配与回收

(1) 操作系统如何跟踪已分配和空闲的内存区域？操作系统使用位图、链表或其他数据结构来标记哪些内存块已被使用，哪些仍为空闲状态。
(2) 进程终止后，其占用的内存如何被有效回收？操作系统通过垃圾收集机制或显式释放命令，确保不再使用的内存资源能够及时返回到可用池中。
(3) 在多个可选位置中，应选择哪个进行内存分配？这通常取决于当前的内存布局和特定的分配策略，如首次适应、最佳适应等。

2. 内存空间的扩展（实现虚拟性）

通过虚拟化技术，即使物理内存有限，也能支持大型应用程序的运行。例如，一个只有4GB或8GB物理内存的系统，可以通过虚拟内存技术运行需要数十GB内存的应用程序。

3. 地址转换

(1) 操作系统负责将程序中的逻辑地址转换为实际的物理地址，以确保程序正确执行。
(2) 地址转换的方式包括：
a. 绝对装入：在早期单道程序环境中，编译器直接生成绝对地址，无需额外转换。
b. 可重定位装入：在多道批处理系统中，装入程序负责将逻辑地址转换为物理地址。
c. 动态运行时装入：现代操作系统中，地址转换在程序运行时动态完成，使用重定位寄存器来调整基地址。

4. 存储保护

(1) 存储保护确保每个进程只能在其分配的内存空间内操作，防止非法访问。
(2) 实现存储保护的方法包括：
a. 设置上下限寄存器：CPU中设置一对寄存器，用于存放进程的地址范围，每次内存访问前检查是否越界。
b. 利用重定位寄存器和界地址寄存器：重定位寄存器存储进程的起始物理地址，界地址寄存器存储最大逻辑地址，结合使用这些寄存器可以有效地限制进程的内存访问范围。