知乎爆款：全面剖析《计算机操作系统慕课版》第六章知识点

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2023-07-08 05:31:35

虚拟存储器：深入理解计算机内存管理

计算机系统中内存管理是至关重要的，它决定了程序可以访问多少内存，以及如何有效地使用内存。虚拟存储器技术作为内存管理的基石，为程序提供比实际物理内存更大的地址空间，极大地扩展了计算机系统的功能。

虚拟存储器原理

虚拟存储器将程序的虚拟地址空间划分为更小的块，称为页或段。这些块被映射到物理内存中的相应页框或段。当程序访问虚拟地址时，操作系统通过查找页表或段表将虚拟地址转换成物理地址，从而获取实际的物理内存位置。

页表和段表

页表和段表是虚拟存储器的核心数据结构。页表存储页与页框之间的映射关系，而段表存储段与段地址之间的映射关系。这些表使操作系统能够在虚拟地址和物理地址之间进行快速而高效的转换。

进程调度：管理进程执行

除了内存管理，操作系统还负责进程调度，决定何时执行哪个进程以及执行多长时间。进程调度算法有多种，包括先来先服务 (FCFS)、最短作业优先 (SJF) 和时间片轮转。

常见内存分配算法

在虚拟存储器系统中，内存分配算法决定如何为进程分配内存块。一些常见的算法包括：

最佳匹配算法： 分配最小的可用内存块。
最坏匹配算法： 分配最大的可用内存块。
首次适应算法： 分配第一个找到的足够大的可用内存块。
最佳适应算法： 分配最适合大小的可用内存块。

深入理解虚拟存储器

代码示例：页表和段表

// 页表条目
struct PageTableEntry {
    uint32_t physicalAddress;  // 物理地址
    uint8_t flags;            // 标志位，如有效位、脏位等
};

// 页表
struct PageTable {
    PageTableEntry entries[1024];  // 1024 个页表条目
};

// 段表条目
struct SegmentTableEntry {
    uint32_t baseAddress;     // 段的基地址
    uint32_t limit;          // 段的限制
    uint8_t flags;            // 标志位，如只读位、可执行位等
};

// 段表
struct SegmentTable {
    SegmentTableEntry entries[256];  // 256 个段表条目
};