本章主要探討計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)中存儲(chǔ)器管理的核心原理和方法。存儲(chǔ)器作為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)服務(wù)的關(guān)鍵組成部分，其管理效率直接影響系統(tǒng)性能和資源利用率。
一、存儲(chǔ)器層次結(jié)構(gòu)
計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)系統(tǒng)采用分層結(jié)構(gòu)，包括寄存器、緩存、主存和外存。不同層次在速度、容量和成本上存在差異，操作系統(tǒng)需協(xié)同管理以優(yōu)化整體性能。
二、地址空間與地址綁定
進(jìn)程在內(nèi)存中的地址分為邏輯地址和物理地址。地址綁定過程涉及編譯時(shí)、加載時(shí)和運(yùn)行時(shí)三個(gè)階段，現(xiàn)代操作系統(tǒng)普遍采用運(yùn)行時(shí)地址綁定，通過內(nèi)存管理單元（MMU）實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)重定位。
三、連續(xù)內(nèi)存分配
- 固定分區(qū)：內(nèi)存被劃分為固定大小的分區(qū)，簡單但易產(chǎn)生內(nèi)部碎片。
- 動(dòng)態(tài)分區(qū)：根據(jù)進(jìn)程需求動(dòng)態(tài)分配內(nèi)存空間，但可能產(chǎn)生外部碎片，需通過緊湊技術(shù)解決。
四、分頁管理
將物理內(nèi)存和邏輯地址空間劃分為固定大小的頁和頁框，通過頁表實(shí)現(xiàn)地址映射。分頁機(jī)制有效減少外部碎片，但頁表本身占用內(nèi)存空間，可采用多級(jí)頁表或倒置頁表優(yōu)化。
五、分段管理
按邏輯單元將進(jìn)程地址空間劃分為多個(gè)段，每個(gè)段擁有獨(dú)立的地址空間。分段更符合程序設(shè)計(jì)邏輯，支持代碼共享和保護(hù)，但會(huì)產(chǎn)生外部碎片。
六、虛擬內(nèi)存技術(shù)
通過請(qǐng)求分頁和頁面置換算法，實(shí)現(xiàn)進(jìn)程地址空間大于物理內(nèi)存的虛擬內(nèi)存系統(tǒng)。常用頁面置換算法包括：
- 最優(yōu)置換（OPT）
- 先進(jìn)先出（FIFO）
- 最近最少使用（LRU）
- 時(shí)鐘算法
七、系統(tǒng)服務(wù)支持
操作系統(tǒng)通過存儲(chǔ)器管理為上層應(yīng)用提供以下關(guān)鍵服務(wù)：
- 內(nèi)存分配與回收
- 地址轉(zhuǎn)換與保護(hù)
- 虛擬內(nèi)存管理
- 內(nèi)存共享機(jī)制
- 性能監(jiān)控與優(yōu)化
存儲(chǔ)器管理是操作系統(tǒng)核心功能之一，其設(shè)計(jì)直接影響系統(tǒng)穩(wěn)定性、安全性和效率。現(xiàn)代操作系統(tǒng)通常結(jié)合分頁和分段技術(shù)，配合虛擬內(nèi)存機(jī)制，為應(yīng)用程序提供透明、高效的內(nèi)存訪問服務(wù)。
