内存管理

内存概述

• 定义：具有巨大容量的字节数组，每个字节都具有自己相应的地址

• 处理器 & 内存

  • 执行过程

    1. 程序源代码经过 编译 后存放在外部存储中

    2. 程序需要运行时：

       • 链接程序对程序各模块和库函数进行 链接
       • 调度程序 / 调页器 将 程序 / 需要使用的页面调度 加载进入内存中 （过程：==长期调度==；技术：虚拟内存）
       • 调度程序 / 调页器 为 程序 / 调入的页面 分配内存 / 帧 （技术：帧分配）

    3. 进程可以运行时：

       • 调度程序执行上下文切换选中该进程的进程控制块 & 处理器从进程控制块中获得程序入口地址

         注：程序计数器的地址是可以自增的，所以后续不需要再手动送入地址

       • 处理器中的 ==控制器== 取出进程第一条指令经过 ==数据寄存器== 传入 ==指令寄存器== ，控制器 ==解析指令并执行==

    4. 地址绑定 会发生在上述三个阶段的任何一个阶段：编译阶段 + 加载阶段 + 运行阶段（现在主要是在运行阶段）

  • 细节：

    • 处理器能够直接访问的唯一的大容量存储器是内存

      注：处理器可以直接访问的存储设备：寄存器 + 高速缓存 + 内存 （寄存器和高速缓存的 ==容量都相对较小== ）

    • 操作系统在计算机启动的时候就被 BIOS 加载到内存中了 （实际是因为 BIOS 本身就是嵌入在 ROM 中的）

      注：操作系统被加载完成后将全权负责计算机的底层硬件

• 内存 & 主存

  • 内存 = ROM + RAM <-> 主存 = RAM (RAM = SRAM + DRAM)
  • 操作系统中通常不区分主存和内存的区别，统称为内存

内存地址

逻辑地址 & 虚拟地址

• 定义：

  • 处理器能够直接访问的地址称为逻辑地址 (操作系统角度的定义)

  • 逻辑空间中每条 ==代码的地址== 和代码访问的 ==数据地址== 统称为逻辑地址（程序员角度定义）

• 解释：简单理解：就是我们在编程时使用的地址就是逻辑地址

  cout<< "第一个元素的地址 ->" << &(numbers[0]) <<endl; // 地址都是采用 16 进制表示 -> 可以强制转换为 10 进制表示

• 虚拟地址 & 逻辑地址 & 磁盘地址

  • 逻辑地址 & 虚拟地址： 没有任何区别 ；虚拟内存和逻辑内存也 没有任何区别 ；仅仅是同一概念的 不同称呼 而已

  • 逻辑地址 & 磁盘地址

    • 逻辑地址和磁盘地址没有 半毛钱 的关系

      调度程序并不会用逻辑地址在磁盘上进行寻址

    • 处理器使用 逻辑地址 访问 内存；调度程序 / 调页器使用 磁盘地址 访问程序在 磁盘 中的实际位置

      内存中会保存进程的页面的磁盘地址和逻辑地址的映射 -> 用于查找进程页面在哪里

• 逻辑空间：

  • 为程序编写程序方便 虚构 出来的空间并不是实际存在的空间
  • 逻辑空间中每条指令和数据都有相应的逻辑地址

• 特点：

  • 每个程序的逻辑空间的 ==起始逻辑地址都是 0== 并且后续逻辑地址都是 ==连续== 的
  • 逻辑地址并不代表程序运行时的真实地址

• 细节：

  • 每个程序的逻辑地址都是通过 编译 生成的
  • 处理器访问内存中的空间时只会使用逻辑地址
  • 逻辑地址也被称为可重定位地址

• 图示：

物理地址

• 定义：==内存== 中每个字节具有 ==实际地址== 称为物理地址

• 分类：

  • 基地址：进程在内存中被分配的物理空间的 ==起始地址==
    • 基地址在需要使用的时候被加载进入基地址寄存器
  • 界限地址：进程在内存中被分配的物理空间的 ==终止地址==
    • 界限地址在需要使用的时候被加载进入界限地址寄存器
  

• 物理地址 & 逻辑地址

  • 编译时地址绑定：物理地址和逻辑地址是相同的
  • 运行时地址绑定 & 加载时地址绑定：物理地址和逻辑地址完全不同

• 细节：

  • 每个进程的基地址和界限地址都被存放在 进程控制块中(PCB)
  • 只有操作系统利用 特权指令 可以装填 基地址寄存器 和 界限地址寄存器

线性地址