操作系统（二）内存地址空间与虚拟内存

计算机基本硬件结构

CPU 内存， 设备

操作系统的内存管理功能

• 抽象
  逻辑地址空间
• 保护
  独立地址空间
• 共享
  访问相同的内存
• 虚拟化
  更多的地址空间

在等待的进程可以先放在硬盘上去（虚拟地址空间）

操作系统管理内存不同方法

程序重定位
分段
分页
虚拟内存
按需分页虚拟内存

实现高度依赖硬件
MMU

地址空间

物理地址空间，硬件支持的地址空间
主存，磁盘

逻辑地址空间-一个运行得程序所拥有的内存范围

逻辑地址空间的生成

• 编译 函数变量的名字就是地址
• 汇编 更加贴近于机器语言，用符号代替变量和函数的地址，通过汇编器可以转换为机器语言.o file程序
• 链接，把多个.o程序编程一个.exe程序
• 载入，偏移量程序在内存中
  
  
  

理想的存储器

更大、更快、更便宜和非易失性的存储器。

手动的覆盖和自动的交换。
如果想要在有限容量的内存中，以更小的页粒度为单位装入更多更大的程序，可以采用自动的虚拟存储技术。

覆盖技术

把程序按照其自身逻辑结构，划分为若干个功能上相对独立的程序模块，那些不会同时执行的模块共享同一块内存区域，按时间先后运行。

交换技术

多道程序在内存中，让正在运行的程序或需要运行的程序获得更多的内存资源。

方法：
可将暂时不能运行的程序送到外存，从而获得空闲内存空间。
操作系统把一个进程的整个地址空间的内容保存到外存中，而将外存这种某个进程的地址空间读入到内存中。换入换出内容的大小为整个程序的地址空间。

交换技术

何时需要发生交换，只当内存空间不够或有不够的危险时换出。

交换区的大小：必须足够大以存放所有用户进程的所有内存映像的拷贝：必须能对这些内存映像进行直接存取

程序换入时的重定位 : 换出后再换入的内存位置一定要在原来的位置上吗？最好采用动态地址映射的方法。

页表，动态地址映射。

覆盖发生在一个程序里面，由程序员负责操作，程序员手动指定。
交换直接交换暂时无法执行的程序，是操作系统完成的，对程序员是透明的。

虚存技术

在内存不够用的情形下，可以采用覆盖技术和交换技术，但是:

• 覆盖技术： 需要程序员自己把整个程序划分为若干个小的功能模块，并确定各个模块之间的覆盖关系，增加了程序员的负担。
• 交换技术： 以进程为单位，进行交换。开销较大。

虚存技术，像覆盖技术那样，不是把程序的所有内容都放在内存中，因而能够运行比当前的空间还要大的程序，但做得更好，由操作系统自动来完成，无须程序员的干涉。
像交换技术那样，能够实现进程在内存与外存之间的交换，因而获得更多的空闲内存空间。但做得更好，只对进程的部分内容在内存和外存之间交换。

虚拟技术-程序的局部性原理

时间局部性： 一条指令的一次执行和下次执行，一个数据的一次访问和下次访问都集中在一个较短时期内：
空间局部性：当前指令和临近的几条指令，当前访问的数据和邻近的几个数据都集中在一个较小的区域内。

缺页中断。

虚拟技术-基本概念
可以在页式或段式内存管理的基础上实现。

在装入程序时，不必将全部装入内存中，而只需将当前需要执行的部分页面或段装入内存，就可让程序开始执行。
在程序执行过程中，如果需执行的指令或访问的数据尚未在内存（称为缺页或缺段），则由处理器通知操作系统将相应的页面或段调入到内存，然后继续执行程序。

把不常用页换出内存。

最后

以上就是单纯树叶为你收集整理的操作系统（二）内存地址空间与虚拟内存的全部内容，希望文章能够帮你解决操作系统（二）内存地址空间与虚拟内存所遇到的程序开发问题。

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