4.4 內(nèi)存管理

　　內(nèi)存是現(xiàn)代操作系統(tǒng)的核心。內(nèi)存用于容納操作系統(tǒng)和各種用戶進(jìn)程，是可以被CPU和I/O設(shè)備所共同訪問的數(shù)據(jù)倉庫。計(jì)算機(jī)的所有程序運(yùn)行時(shí)都要調(diào)入內(nèi)存。

　　內(nèi)存管理的主要工作是：為每個(gè)用戶進(jìn)程合理地分配內(nèi)存，以保證各個(gè)進(jìn)程之間在存儲(chǔ)區(qū)不發(fā)生沖突;當(dāng)內(nèi)存不足時(shí)，如何把內(nèi)存和外存結(jié)合起來，給用戶提供一個(gè)比實(shí)際內(nèi)存大得多的虛擬內(nèi)存，使得程序能順利執(zhí)行。內(nèi)存管理包括內(nèi)存分配、地址映射、內(nèi)存保護(hù)和擴(kuò)充。

　　4.4.1 用戶程序執(zhí)行與地址映射

　　用戶編寫程序在執(zhí)行前，需要多個(gè)處理步驟，這些步驟可將源程序轉(zhuǎn)變?yōu)槎M(jìn)制機(jī)器代碼，然后在內(nèi)存中等待執(zhí)行。當(dāng)然有時(shí)并非每個(gè)步驟都是必需的。

　　通常，將指令和數(shù)據(jù)的地址映射成內(nèi)存地址可以發(fā)生在以下三個(gè)執(zhí)行階段。(了解)

　　1.編譯階段:如果在編譯時(shí)就知道進(jìn)程將在內(nèi)存中的什么位置駐留，那么編譯器就可以直接以生成絕對(duì)地址代碼。

　　2.加載階段: 不知道進(jìn)程將駐留在什么位置，那么編譯器就必須生成程序的邏輯地址，在加載階段再轉(zhuǎn)變成內(nèi)存的絕對(duì)地址。

　　3.執(zhí)行階段:如果進(jìn)程在執(zhí)行時(shí)可以從一個(gè)內(nèi)存段移動(dòng)到另一個(gè)內(nèi)存段，那么進(jìn)程的絕對(duì)地址映射工作只能延遲到執(zhí)行時(shí)進(jìn)行。

　　4.4.2 物理地址空間與邏輯地址空間

　　物理地址:是計(jì)算機(jī)內(nèi)存單元的真實(shí)地址。

　　物理地址空間:由物理地址所構(gòu)成的地址范圍。

　　邏輯地址:用戶程序地址，從0開始編址。

　　邏輯地址空間:由邏輯地址所構(gòu)成的地址范圍。

　　地址映射:用戶程序在運(yùn)行時(shí)要裝入內(nèi)存，這就需要將邏輯地址變換成物理地址，這個(gè)過程稱為地址映射，也稱重定位。

　　用戶編寫的源程序是不考慮地址的，源程序經(jīng)CPU編譯后產(chǎn)生邏輯地址。從CPU產(chǎn)生的邏輯地址轉(zhuǎn)換為內(nèi)存中的物理地址的映射是由計(jì)算機(jī)中被稱為內(nèi)存管理單元的硬件設(shè)備來實(shí)現(xiàn)的，將邏輯地址與內(nèi)存管理單元中存放的內(nèi)存基址相加就得到了物理地址。

　　4.4.3 進(jìn)程使用內(nèi)存的交換技術(shù)

　　為了更加有效地使用內(nèi)存，進(jìn)程在不運(yùn)行時(shí)，可以暫時(shí)從內(nèi)存移至外存上，直到需要再運(yùn)行時(shí)再重新調(diào)回到內(nèi)存中。也就是說內(nèi)存管理程序可將剛剛運(yùn)行過的進(jìn)程從內(nèi)存中換出以釋放出占用的內(nèi)存空間，然后將另一個(gè)要運(yùn)行的進(jìn)程占據(jù)前者釋放的內(nèi)存空間。

　　計(jì)算機(jī)工作時(shí)，為了將多個(gè)進(jìn)程放入到內(nèi)存就必須考慮在內(nèi)存中如何放置這些進(jìn)程。

　　4.4.4 內(nèi)存分配方案-連續(xù)

　　對(duì)于連續(xù)內(nèi)存分配方案，開始時(shí)所有內(nèi)存是一個(gè)大的孔，隨著內(nèi)存分配的進(jìn)行就會(huì)形成位置上不連續(xù)的大小不一的孔。在連續(xù)內(nèi)存分配方案中，當(dāng)新進(jìn)程需要內(nèi)存時(shí)，為其尋找合適的孔，實(shí)現(xiàn)內(nèi)存分配 。該方案為每個(gè)進(jìn)程所分配的內(nèi)存物理地址空間在位置上是連續(xù)的。

　　4.4.5 內(nèi)存分配方案-分頁式

　　分頁管理基本思想：

　　o 內(nèi)存物理地址空間劃分為若干個(gè)大小相等的塊(頁框)

　　o 進(jìn)程的邏輯地址空間也劃分為同樣大小的塊(頁面)

　　o 內(nèi)存分配時(shí)每個(gè)頁面對(duì)應(yīng)地分配一個(gè)頁框，而一個(gè)進(jìn)程所分得頁框在位置上不必是連續(xù)的。

　　頁表：操作系統(tǒng)為每個(gè)用戶程序建立一張頁表，該表記錄用戶程序的每個(gè)邏輯頁面存放在哪一個(gè)內(nèi)存物理頁框。

　　4.5 虛擬內(nèi)存方案

　　虛擬內(nèi)存是一個(gè)容量很大的存儲(chǔ)器的邏輯模型，它不是任何實(shí)際的物理存儲(chǔ)器，它一般是借助硬盤來擴(kuò)大主存的容量。

　　虛擬內(nèi)存：對(duì)于一個(gè)進(jìn)程來講，如果僅將當(dāng)前要運(yùn)行的幾個(gè)頁面裝入內(nèi)存便可以開始運(yùn)行，而其余頁面可暫時(shí)留在磁盤上，待需要時(shí)再調(diào)入內(nèi)存，并且調(diào)入時(shí)也不占用新的內(nèi)存空間，而是對(duì)原來運(yùn)行過的頁面進(jìn)行置換。這樣，就可以在計(jì)算機(jī)有限的內(nèi)存中同時(shí)駐留多個(gè)進(jìn)程并運(yùn)行。而對(duì)用戶來講感覺到系統(tǒng)提供了足夠大的物理內(nèi)存，而實(shí)際上并非真實(shí)的，這就是虛擬內(nèi)存。

　　4.5.2 頁面請(qǐng)求與頁面置換算法

　　頁面請(qǐng)求:在虛擬內(nèi)存技術(shù)中，進(jìn)程運(yùn)行時(shí)并沒有將所有頁面裝入到內(nèi)存，在運(yùn)行過程中進(jìn)程會(huì)不斷地請(qǐng)求頁面，如果訪問的頁面已在內(nèi)存，就繼續(xù)執(zhí)行下去;但如果要訪問的頁面尚未調(diào)入到內(nèi)存，便請(qǐng)求操作系統(tǒng)將所缺頁面調(diào)入內(nèi)存，以便進(jìn)程能繼續(xù)運(yùn)行下去。

　　頁面置換:如果請(qǐng)求頁面調(diào)入內(nèi)存時(shí)，分配給該進(jìn)程的頁框已用完，就無法立即裝入所請(qǐng)求頁面。此時(shí)，必須將進(jìn)程中的某個(gè)頁面從內(nèi)存的頁框調(diào)出到磁盤上，再從磁盤所請(qǐng)求的頁面調(diào)入到內(nèi)存的該頁框中。這個(gè)過程叫做頁面置換。

　　4.6 文件管理

　　文件管理是操作系統(tǒng)最常見的組成部分。文件管理主要提供目錄及其文件的管理。

　　4.6.1 文件的概念

　　文件：保存在外部存儲(chǔ)設(shè)備上的相關(guān)信息的集合。

　　文件命名：文件主名+擴(kuò)展名

　　文件存取屬性：

　　• 只讀：只允許授權(quán)用戶進(jìn)行讀操作。

　　• 讀寫：只允許授權(quán)用戶進(jìn)行讀和寫的操作。

　　• 文檔：允許任何用戶進(jìn)行讀寫操作。

　　• 隱藏：不允許用戶直接看到文件名。

　　文件系統(tǒng)：是對(duì)文件進(jìn)行操作和管理的軟件，是用戶與外存之間的接口。這個(gè)系統(tǒng)將所有文件組織成目錄結(jié)構(gòu)保存在外存，一個(gè)文件對(duì)應(yīng)其中的一個(gè)目錄條。目錄條記錄有文件名、文件位置等信息。

　　操作系統(tǒng)對(duì)文件的基本操作包括：

　　創(chuàng)建文件、文件寫、文件讀、文件重定位、文件刪除、文件截短。

　　對(duì)文件的其它操作包括：文件復(fù)制、重命名、更改屬性等。

　　看了“操作系統(tǒng)知識(shí)點(diǎn)”的還看了：

1.操作系統(tǒng)主要知識(shí)點(diǎn)

2.操作系統(tǒng)知識(shí)大全

3.操作系統(tǒng)基本知識(shí)

4.操作系統(tǒng)Windows 命令大全

5.操作系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)