基本概念
内存管理基础
内存管理是操作系统的核心功能之一，负责管理计算机的主存储器，为进程分配和回收内存空间，确保内存的安全使用。
程序装入与链接
程序装入过程
程序从外存调入内存的过程称为程序装入，主要包括以下步骤：
- 编译阶段：将源代码编译成目标代码
- 链接阶段：将多个目标模块链接成可执行程序
- 装入阶段：将可执行程序装入内存
链接方式
1. 静态链接
// 编译时链接所有库函数
gcc -static program.c -o program- 优点：执行速度快，不依赖外部库
- 缺点：可执行文件大，内存利用率低
2. 动态链接
// 运行时链接库函数
gcc program.c -o program- 优点：节省内存，便于库函数更新
- 缺点：执行速度稍慢，依赖外部库
3. 运行时动态链接
// 程序运行时根据需要加载库
dlopen("libmath.so", RTLD_LAZY);装入方式
1. 绝对装入
- 程序装入到指定的绝对地址
- 适用于单道程序系统
- 地址在编译时确定
2. 可重定位装入
- 程序装入到内存的任意位置
- 需要重定位寄存器
- 支持多道程序设计
3. 动态运行时装入
- 程序在运行时才确定装入位置
- 支持虚拟内存管理
- 地址转换延迟到访问时进行
逻辑地址与物理地址空间
地址空间概念
逻辑地址空间：
- 由 CPU 生成的地址
- 从 0 开始的连续地址空间
- 程序员可见的地址
物理地址空间：
- 内存单元的实际地址
- 可能不连续
- 硬件可见的地址
地址转换过程
逻辑地址 → 地址转换机构 → 物理地址地址转换机构：
- 重定位寄存器：基址寄存器
- 页表：分页系统中的地址映射
- 段表：分段系统中的地址映射
地址转换示例
基址重定位：
// 逻辑地址：1000
// 基址寄存器：5000
// 物理地址 = 逻辑地址 + 基址 = 1000 + 5000 = 6000分页地址转换：
// 逻辑地址：0x1234
// 页号：0x12，页内偏移：0x34
// 通过页表查找物理块号
// 物理地址 = 物理块号 × 页大小 + 页内偏移内存保护
保护机制
1. 界限寄存器保护
// 基址寄存器：5000
// 界限寄存器：2000
// 有效地址范围：[5000, 7000)
if (address < base || address >= base + limit) {
// 地址越界，产生保护性中断
raise_protection_fault();
}2. 页表保护位
typedef struct {
int frame_number; // 物理块号
int valid; // 有效位
int read; // 读权限
int write; // 写权限
int execute; // 执行权限
} PageTableEntry;3. 段表保护位
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## 术语对照表
| 中文术语 | 英文术语 | 缩写 | 说明 |
|---------|---------|------|------|
| 内存管理 | Memory Management | - | 内存的分配、回收、保护 |
| 逻辑地址 | Logical Address | - | 程序使用的地址 |
| 物理地址 | Physical Address | - | 实际内存的地址 |
| 地址转换 | Address Translation | - | 逻辑地址到物理地址的映射 |
| 重定位 | Relocation | - | 程序装入时的地址调整 |
| 静态重定位 | Static Relocation | - | 装入时完成地址转换 |
| 动态重定位 | Dynamic Relocation | - | 执行时完成地址转换 |
| 程序装入 | Program Loading | - | 将程序装入内存 |
| 程序链接 | Program Linking | - | 链接目标模块 |
| 静态链接 | Static Linking | - | 装入前完成链接 |
| 动态链接 | Dynamic Linking | - | 装入时或运行时链接 |
| 运行时动态链接 | Run-Time Dynamic Linking | - | 运行时按需链接 |
| 内存保护 | Memory Protection | - | 防止进程越界访问 |
| 基址寄存器 | Base Register | - | 存放进程起始地址 |
| 界限寄存器 | Limit Register | - | 存放进程地址空间大小 |
| 上下界寄存器 | Base and Bound Register | - | 基址和界限寄存器 |
| 存储保护键 | Storage Protection Key | - | 内存保护机制 |
| 交换 | Swapping | - | 进程在内存和外存间换入换出 |
| 紧凑 | Compaction | - | 移动进程合并空闲区 |
| 碎片 | Fragmentation | - | 无法利用的小内存块 |
| 内部碎片 | Internal Fragmentation | - | 分配单元内的浪费 |
| 外部碎片 | External Fragmentation | - | 分配单元外的浪费 |
| 虚拟地址空间 | Virtual Address Space | - | 进程的逻辑地址空间 |