存储器管理

这是一篇关于存储器管理的思维导图，主要内容包括：对换与覆盖，连续分配存储管理方式，程序的装入与链接，存储器层次结构。

存储器管理

• 存储器层次结构
  • 寄存器
    • CPU内部存储单元
    • 访问速度最快
    • 用于存储临时数据和中间结果
  • 高速缓存（Cache）
    • 位于CPU和主存之间
    • 用于减少CPU访问主存的延迟
    • 分为L1、L2、L3等不同级别
  • 主存（RAM）
    • 随机存取存储器
    • 用于存储操作系统、应用程序和数据
    • 易失性存储，断电后数据丢失
  • 辅存（硬盘、SSD）
    • 非易失性存储
    • 用于长期存储数据和程序
    • 速度比主存慢，容量大
  • 磁盘缓存
• 程序的装入与链接
  • 程序的编译
    • 预编译
      • 处理预处理指令
    • 编译
      • 将预处理后的文件翻译成汇编语言
    • 汇编
      • 将汇编语言转换成机器语言，生成目标代码
  • 程序的链接
    • 链接过程
      • 将编译后生成的目标模块和所需的库函数链接在一起，形成一个总的装入模块
    • 链接方式
      • 静态链接
        • 定义
          • 在程序运行之前，将各目标模块及所需的库函数链接成一个完整的装入模块，以后不再拆开。
        • 特点
          • 生成的可执行文件较大，但运行时无需额外的加载和链接步骤。
        • 优点
          • 提高程序执行速度，减少兼容性
      • 装入时动态连接
        • 定义
          • 在程序装入内存时，边装入边链接，即发现一个外部模块调用时，立即装入该模块并进行链接。
        • 特点
          • 便于修改和更新程序中的模块，无需重新打开整个装入模块。
      • 运行时动态链接‌
        • 定义
          • 对某些目标模块的链接，是在程序执行中需要该模块时，才进行链接。
        • 特点
          • 可以节省内存空间，因为只加载当前需要的模块。
  • 程序的装入
    • 绝对装入方式
      • 定义‌：在编译时，如果知道程序将驻留在内存的具体位置，则编译程序将产生绝对地址的目标代码。
      • 特点‌：程序中的逻辑地址与实际内存地址完全相同，无需地址转换。
      • 适用场景‌：单道程序环境，内存使用情况简单明确。
    • 可重定位装入方式
      • 定义‌：将装入模块装入内存的适当位置，并在装入时对模块中的地址进行重定位（即修改）。
      • ‌特点‌：允许程序装入到内存的任意位置，但装入时地址是固定的，运行期间不能移动。
      • ‌适用场景‌：多道程序环境，编译时无法预知程序最终装入内存的位置。
    • 动态运行时装入方式‌
      • ‌定义‌：程序装入内存后，不立即进行地址转换，而是在程序真正执行时才进行地址转换。
      • 特点‌：允许程序在内存中的位置动态变化，需要一个重定位寄存器的支持。
      • 适用场景‌：需要程序在内存中频繁移动的场景，如支持对换功能的系统。
  • 地址绑定与内存保护
    • 逻辑地址
    • 物理地址
    • 内存保护
• 连续分配存储管理方式
  • 定义
    • 为用户进程分配一段连续的内存空间，确保程序中的逻辑地址在物理内存中也是相邻的。
  • 主要分配方式
    • 单一连续分配
      • ‌特点‌： 最简单的内存管理方法，适用于单道程序环境。 内存分为系统区和用户区，用户区仅有一个单独的分区供用户程序使用。
      • 优缺点‌： 优点：简单易于实现，没有外部碎片。 缺点：只能用于单用户、单任务的操作系统，内存利用率低，内部碎片大。
    • 固定分区分配
      • 内存划分
        • 将用户内存空间划分为若干个固定大小的分区。 每个分区只能装入一个作业。
      • 分区大小
        • 大小相等：适用于控制多个相同对象的场合，但缺乏灵活性。 大小不等：提高灵活性，划分为多个小分区、适量中分区、少量大分区。
      • 优缺点
        • 优点：可用于多道程序系统，无外部碎片。 缺点：内部碎片大，存储空间利用率低，缺乏灵活性。
    • 动态分区分配
      • 优缺点
        • 优缺点‌： 优点：提高内存利用率，灵活性高。 缺点：容易产生外部碎片，需要复杂的内存管理策略。
• 对换与覆盖
  • 对换
    • 定义‌：对换通常指的是两个或多个元素之间的位置或状态的交换。
    • 特性‌： 双向性：对换涉及两个方向的移动或变化。 可逆性：对换后的状态可以通过再次对换恢复到原始状态。
  • 覆盖
    • 定义‌：覆盖指的是一个元素或集合被另一个元素或集合所替代或遮蔽。
    • 特性‌： 单向性：覆盖通常是一个方向的过程，即新的元素或集合取代旧的。 不可逆性：一旦覆盖发生，原始状态可能无法完全恢复。