本片文章将介绍内存的基本概念，以及操作系统是如何对内存进行管理的。

内存：用来存放数据的硬件（RAM）。程序执行前，需要先放到内存中才能被CPU处理。

内存和硬盘：内存是交换数据的地方，硬盘是存储数据的地方。

如果有多个程序的数据需要同时放到内存中，区分各个程序数据的位置：给内存的存储单元编地址。

内存的单位以2的指数倍递增，需要区别于其他单位是以10为底指数增长。

比如，一台手机有4GB内存，那么内存中可以存放4 * 2 ^ 30个字节，即2 ^ 32个字节。

经历四个步骤：编辑——编译——链接——装入

编辑：程序员使用高级语言编写代码。 编译：将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，形成一个完成的装入模块。 装入：由装入程序将装入模块装入内存运行。

（1）绝对转入：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。

编译、链接后得到的装入模块的指令直接就使用了绝对地址。绝对装入只适用于单道程序环境。

（2）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合适位置。

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）。

特点：

（3）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。需要一个重定位寄存器的支持。

特点：

内存管理有以下4个功能：

  从「单一连续分配」到「固定分区分配」再到现在的「动态分区分配」，其实都是计算机发展的历程，从「单进程」到「批处理器」再到现在的「多核处理器」，随着功能的强大与之对应的分配和回收也复杂和多样化起来。

在单一连续分配方式中，内存分为：（1）系统区（2）用户区。

在单一连续分配方式中，内存中只能有一道用户程序，用户程序独占整个用户区空间。

优点：

缺点：

20世纪60年代出现了支持多道程序的系统，为了能够在内存汇总装入多道程序，且这些程序之间又不会干扰：

固定分区分配：（1）分区大小相等（2）分区大小不等

实现的数据结构：

操作系统需要建立一个数据结构——分区说明表，来实现各个分区的分配和回收。

每个表项对应一个分区，通常按分区大小排列。每个表项包括对应分区的大小、起始地址、状态。

当某用户程序要装入内存时，由操作系统内核程序根据用户大小检索该表，从中找到一个能满足大小的、未分配的分区，将之分配给该程序，然后修改状态为“已分配”。

优点：

缺点：

动态分区分配又称为可变分区分配：这种分配方式不会预先划分内存分区，而是在进程装入内存时，根据进程的大小动态地建立分区，并使分区的大小正好适合进程的需要。因此系统分区的大小和数目时可变的。

数据结构：

（1）空闲分区表：每个空闲分区对应一个表项。表项中包含分区号、分区大小、分区起始地址等信息。

（2）空闲分区链：每个分区的起始部分和末尾部分分别设置前向指针和后向指针。起始部分处还可记录分区大小等信息。

算法：

把一个新作业装入内存时，须按照一定的动态分区分配算法，从空闲分区表中选出一个分区分配给该作业。

回收：

回收区的前面或后面有一个相邻的空间分区：两个相邻的空闲分区合并在一起。

回收区的前、后各有一个相邻的空闲分区：三个分区合并在一起

回收区的前、后都没有相邻的空闲分区：新增一个表项

特点：

内部碎片：分配给某进程的内存区域中，有些部分没有用上。

外部碎片：内存中的某些空闲分区由于太小而难以利用。（有些内存区太小而无法分配给进程）

动态分区分配：没有内部碎片，但是有外部碎片。而单一连续分配和固定分区分配都是：有内部碎片，没有外部碎片，与动态分区分配正好相反。

ps：当然，可以通过紧凑（拼凑，Compaction）技术来解决外部碎片。

内存空间的扩充包括三种技术：覆盖技术、交换技术、虚拟存储技术

早期的计算机内存很小，因此经常会出现内存大小不够的情况。后来引入了覆盖技术，用来解决程序大小超过物理内存总和的问题。

覆盖技术的思想：将程序分为多个段（多个模块），常用的段常驻内存，不常用的段在需要时掉入内存。

内存中分为一个固定区和若干个覆盖器。

必须由程序员声明覆盖结构，操作系统完成自动覆盖。

缺点：对用户不透明，增加了用户编程负担。覆盖技术只用于早期的操作系统中，现在已成为历史。

交换（对换）技术的设计思想：内存空间紧张时，系统将内存中某些进程暂时换出外存，把外存中某些已具备运行条件的进程换入内存（进程在内存与磁盘间动态调度）。

暂时换出外存等待的进程状态为挂起状态（挂起态：suspend）：就绪挂起、阻塞挂起。

具有对换功能的操作系统中，通常把磁盘空间分为文件区和对换区：

操作系统需要提供地址转换功能，负责程序的逻辑地址与物理地址。三种装入方式：

操作系统需要提供内存保护功能。保证各进程在各自存储空间内运行，互不干扰。内存保护可以采取两种方式：