操作系统-3.1-内存(内存的基础知识&&内存管理)

冷不防 2023-10-03 12:22 22阅读 0赞

#### 文章目录 ####

*  操作系统-3.1-内存
 *   *  1.内存的基础知识
     *   *  1.1什么是内存？有什么作用？
         *  1.2进程的运行原理-指令
         *  1.3逻辑地址&物理地址
         *  1.4从写程序到程序运行
         *  1.5装入模块装入内存
         *   *  1.5.1绝对装入
             *  1.5.2静态重地位
             *  1.5.3动态重定位
         *  1.6链接的三种方式
         *  1.7总结
     *  2.内存管理
     *   *  2.1内存空间的分配与回收
         *  2.2内存空间的扩充
         *  2.3地址转换
         *  2.4存储保护
         *  2.5总结

## 操作系统-3.1-内存 ##

> 本文参考：[王道考研-操作系统][-]  
> 本文主要讲解内存一章中的**内存的基础知识**和**内存管理的概念**。

### 1.内存的基础知识 ###

#### 1.1什么是内存？有什么作用？ ####

内存是用于数据的硬件。程序执行前**需要先放到内存中才能被`CPU`处理**。

> **思考**：在多道程序环境下，系统中会有多个程序并发执行，也就是说会有多个程序的数据需要同时放到内存中。那么，如何区分各个程序的数据是放在什么地方的呢?

**方案**：给内存的存储单元编地址。

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQ1OTY2NDQw_size_16_color_FFFFFF_t_70][]

> 补充知识：几个常用的数量单位

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQ1OTY2NDQw_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]

#### 1.2进程的运行原理-指令 ####

可见，我们写的代码要翻译成`CPU`能识别的指令。这些指令会告诉`CPU`应该去内存的哪个地址存/取数据，这个数据应该做什么样的处理。在这个例子中，指令中直接给出了变量x的实际存放地址（**物理地址**）。但实际在生成机器指令的时候并不知道该进程的数据会被放到什么位置。所以编译生成的指令中一般是使用**逻辑地址**（**相对地址**）。

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQ1OTY2NDQw_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]

#### 1.3逻辑地址&物理地址 ####

先看下面应该例子：

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQ1OTY2NDQw_size_16_color_FFFFFF_t_70 3]

指令中的地址也可以采用这种思想。编译时产生的指令只关心“**相对地址**”，实际放入内存中时再想办法根据起始位置得到“**绝对地址**”。  
Eg：编译时只需确定变量x存放的相对地址是100（也就是说相对于进程在内存中的起始地址而言的地址）。`CPU`想要找到x在内存中的实际存放位置，只需要用进程的起始地址+100即可。  
**相对地址**又称**逻辑地址**，**绝对地址**又称**物理地址**。

#### 1.4从写程序到程序运行 ####

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQ1OTY2NDQw_size_16_color_FFFFFF_t_70 4]

**编译**：由编译程序将用户源代码编译成若干个目标模块（**编译就是把高级语言翻译为机器语言**)。  
**链接**：由链接程序将编译后形成的一组目标模块，以及所需库函数链接在一起，形成一个完整的装入模块装入（装载)：由装入程序将装入模块装入内存运行。

#### 1.5装入模块装入内存 ####

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQ1OTY2NDQw_size_16_color_FFFFFF_t_70 5]

装入的三种方式（用三种不同的方法完成**逻辑地址到物理地址的转换**）：

##### 1.5.1绝对装入 #####

**绝对装入**：在编译时，如果知道程序将放到内存中的哪个位置，编译程序将产生绝对地址的目标代码。装入程序按照装入模块中的地址，将程序和数据装入内存。

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQ1OTY2NDQw_size_16_color_FFFFFF_t_70 6]

**特点**：绝对装入**只适用于单道程序环境**。程序中使用的绝对地址，可在编译或汇编时给出，也可由程序员直接赋予。通常情况下都是编译或汇编时再转换为绝对地址。

##### 1.5.2静态重地位 #####

**静态重定位**：又称**可重定位装入**。编译、链接后的装入模块的地址都是从0开始的，指令中使用的地址、数据存放的地址都是相对于起始地址而言的逻辑地址。可根据内存的当前情况，将装入模块装入到内存的适当位置。装入时对地址进行“**重定位**”，将逻辑地址变换为物理地址（地址变换是在装入时一次完成的)。

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQ1OTY2NDQw_size_16_color_FFFFFF_t_70 7]

**特点**：是在一个作业装入内存时，**必须分配其要求的全部内存空间**，如果没有足够的内存，就不能装入该作业。作业一旦进入内存后，**在运行期间就不能再移动**，也不能再申请内存空间。

##### 1.5.3动态重定位 #####

**动态重定位**：又称**动态运行时装入**。编译、链接后的装入模块的地址都是从0开始的。装入程序把装入模块装入内存后，并不会立即把逻辑地址转换为物理地址，而是**把地址转换推迟到程序真正要执行时才进行**。因此装入内存后所有的地址依然是逻辑地址。这种方式需要一个**重定位寄存器**的支持。

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQ1OTY2NDQw_size_16_color_FFFFFF_t_70 8]

#### 1.6链接的三种方式 ####

1.  **静态链接**：在程序运行之前，先将各目标模块及它们所需的库函数连接成一个完整的可执行文件（装入模块），之后不再拆开。
2.  **装入时动态链接**：将各目标模块装入内存时，边装入边链接的链接方式。
3.  **运行时动态链接**：在程序执行中需要该目标模块时，才对它进行链接。其优点是便于修改和更新，便于实现对目标模块的共享。

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQ1OTY2NDQw_size_16_color_FFFFFF_t_70 9]

#### 1.7总结 ####

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### 2.内存管理 ###

> 本节只讲内存管理的一个大概，详细见下一节。

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#### 2.1内存空间的分配与回收 ####

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#### 2.2内存空间的扩充 ####

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#### 2.3地址转换 ####

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#### 2.4存储保护 ####

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#### 2.5总结 ####

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQ1OTY2NDQw_size_16_color_FFFFFF_t_70 16]

[-]: https://www.bilibili.com/video/BV1YE411D7nH
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