操作系统内存管理 订阅+ 进入阅读模式

操作系统的内存管理负责为进程分配和回收内存资源，分页和分段是两种主要的内存管理方式，各有其特点和适用场景。

分页存储管理将内存和进程地址空间均划分为固定大小的块（页框和页），页与页框大小相等。进程的逻辑地址分为页号和页内偏移量，通过页表实现从页号到页框号的映射。页表项包含页框号、有效位（标识页面是否在内存）、修改位（标识页面是否被修改）等信息。为提高地址转换速度，系统设置快表（TLB）缓存常用页表项，实现并行查找。

分页管理的优点：① 消除外部碎片，内存利用率高；② 无需连续内存空间，便于进程调度；③ 页大小固定，管理简单。缺点：① 存在内部碎片（页内未使用的空间）；② 页表可能占用大量内存，多级页表虽能缓解但增加了地址转换开销；③ 按固定大小划分，可能导致一个逻辑单元被拆分到多个页，不便于共享和保护。

分段存储管理按程序的逻辑结构（如代码段、数据段、栈段）将进程地址空间划分为可变长度的段，每段有独立的段名和长度。逻辑地址由段号和段内偏移量组成，通过段表实现地址映射，段表项包含段基址、段长度和访问权限等。

分段管理的优点：① 符合程序逻辑，便于模块化设计；② 段的长度由逻辑结构决定，不产生内部碎片；③ 便于实现共享和保护（可按段设置访问权限）。缺点：① 可能产生外部碎片（内存中零散的未分配区域）；② 段长可变，管理复杂，内存分配需采用动态分区算法；③ 段表查找速度较慢，且段过大时可能无法分配连续内存。

实际系统中常采用段页式管理，结合两者优点：先将进程按逻辑分段，每段再分页。段页式兼具分段的逻辑清晰和分页的内存利用率高的特点，但也增加了地址转换的复杂度（需查段表和页表）。

选择内存管理方式时，需权衡内存利用率、管理复杂度和系统开销。分页适用于对内存利用率要求高的场景，分段适用于注重程序逻辑结构和共享保护的场景。