第6章 存储器管理

程序的装入有哪几种方式？优缺点是什么？

• 绝对装入：程序装入固定内存地址
  • 优点：执行快，无需重定位
  • 缺点：无法实现内存共享和虚拟化
• 可重定位装入（静态重定位）：装入时完成地址转换
  • 优点：实现简单
  • 缺点：装入后无法移动，需要连续内存空间
• 动态运行时装入（动态重定位）：执行时才转换地址
  • 优点：支持程序换入换出，便于内存共享
  • 缺点：需要硬件支持（MMU）

程序的链接有哪几种方式？优缺点是什么？

• 静态链接：编译链接时合并所有目标文件
  • 优点：执行快，无额外开销
  • 缺点：程序文件大，内存利用率低
• 装入时动态链接：装入内存时边装入边链接
  • 优点：共享库，内存利用率高
  • 缺点：装入时间长
• 运行时动态链接：执行时才链接库文件
  • 优点：灵活性最高，支持动态加载
  • 缺点：运行时链接开销

内存分配方式有哪些？各自的优缺点？

• 连续分配：
  • 单一连续分配：简单，但利用率低
  • 固定分区分配：简单，但会产生内碎片
  • 动态分区分配：利用率高，但会产生外碎片
• 分页管理：无内碎片，但页表开销大
• 分段管理：符合程序逻辑，便于共享和保护
• 段页式管理：结合分页和分段优点，但管理复杂

分页和分段存储管理的区别

• 分页：
  • 按固定大小分页，不考虑程序逻辑
  • 页内无碎片，页间可能有外碎片
  • 地址空间是一维的
• 分段：
  • 按程序逻辑划分，大小不固定
  • 便于共享和保护
  • 地址空间是二维的（段号+段内偏移）

页面置换算法有哪些？

• 最佳置换算法（OPT）：选择未来最长时间不用的页面置换（理论最优）
• 先进先出（FIFO）：队列实现，简单但可能产生Belady现象
• 最近最久未使用（LRU）：性能接近OPT，开销较大
• 时钟算法（Clock）：LRU的近似实现，效率高
• 改进的时钟算法：同时考虑页面修改状态

虚拟内存管理

什么是虚拟内存？

• 为每个进程提供 独立、连续的虚拟地址空间
• 基于 分页机制
• 作用：隔离、保护、支持大程序和换页

什么是虚拟内存？有什么用？

• 程序看到的是 连续的虚拟地址空间
• 作用：
  • 内存隔离
  • 可运行大于物理内存的程序（换页）
  • 安全保护

内存分页机制

分页与分段的区别？

• 分页：固定大小，避免外碎片，现代主流
• 分段：按逻辑划分，大小不定，易碎片
• 现代 OS：段用于保护，实际管理主要靠分页

为什么多级页表能节省内存？

• 一级页表为整个虚拟空间分配映射，太大
• 多级页表 按需创建，未使用的区域不分配页表
• 显著减少无用页表项占用

缺页中断

什么是缺页中断？

• 访问的虚拟页不在物理内存
• CPU 触发缺页异常，OS 从磁盘加载
• 属于内核态操作，进程会短暂阻塞

什么是缺页中断？

• 访问的虚拟页不在内存中
• 触发缺页异常 → OS 将页从磁盘加载入内存
• 会导致上下文切换（慢）

CPU缓存优化

什么是缓存行？为什么会导致伪共享？

• CPU 缓存以 缓存行（通常 64B） 为单位读写
• 多线程修改同一缓存行的不同变量 → 缓存不断失效
• 导致性能抖动（伪共享）