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内存的使用

计算机对于内存的使用：将程序放在内存中，PC指向开始地址，执行指令，过程如下：

1、 先找到程序的入口地址，读取磁盘上的程序，并找一段内存的空闲区域，将程序装进内存中。

2、 重定位，将程序中的逻辑地址和程序实际放在内存中的位置（进程的PCB中）相结合，得到程序在内存中的实际地址，并将其赋给PC指针（一个程序计数器，记录指令执行的地址）。（载入运行程序时执行重定位，如果在编译时重定位，那么程序只能存放在内存的固定位置）

3、 通过PC指针找到指令，执行指令。

程序分段：

动机与实现原理：

在程序中操作系统并不会把程序整块载入内存，因为一个程序包含了许多数据结构，不能一概而论。例如程序的代码是只读的，相对固定的；而数据是会随着程序的运行动态变化的

图一：内存分段原因

所以在在内存把程序载入内存中时，会采用分段的方式进行加载，不同的程序段使用不同的存储形式，简单的说就是对于不同的程序块，留不同的空闲空间，分开访问。例如代码段一般是只读的不会增长，那么就不留空闲空间。而动态数组段就留一个较多的空闲空间，因为需要动态增长。如果不采用分段，那么当动态数组不断增长，超过了原来分配的空间，那么就必须把整个程序拷贝到另一个更大的空间。这个无疑是浪费空间和时间的，如果仅仅是把动态函数的那段移动到更大的空间，这样效率会有很大的提高，并且使内存的管理更加精确。那么定位具体的指令（数据）的地址就可以修改为：<段号，段内偏移>。例子如图：

图二：分段的实现原理

具体实现：（LDT表，就是一张二维表，图二中的那张表）

在操作系统中有两个表GDT（也是一张二维表，只是记录的信息与LDT略有不同）表和LDT表，GDT表存储在操作系统程序中，LDT表存储在运行在操作系统中的PCB中；GDT表存储了操作系统的进程段表，并且存储了指向LDT表的指针，LDT表就只存储了本进程的进程段表。

图三

每段在内存中的分配（动态分配）

对于内存管理，操作系统需要维护两张表，一张是空闲分区表，一张是已分配分区表，具体示例如图：

图四

对于分区的分配过程较为简单，在此我就以一组图例进行展示：

图五

图六

关于新申请空间的分配问题：

当提出段申请的时候，例如对于图六，需要申请一个40K的段，那么就有3中分配方式。

1、 首先适配：直接顺序查询空闲分配表，只要装得下，就分配一块。

2、 最佳适配：就是遍历表，找到比需要空间大或者相等的，且两者大小最接近的空闲空间，但是这种方式会留下极小的空间，不便处理。

3、 最差适配：查询空间表，找到最大的空闲空间，然后分配一块出来。

当然，这种分配方式是有问题的，就是必须找一个>=目标区域的空间，但是这样分配的空间就难免出现一些内存空间没法使用，导致浪费；一种解决方法是定期把使用过的空间挪到一堆，把空着的空间集中到一起。当然这种方式有两个问题：1、挪到空间需要花费时间，在此期间计算机不能正常使用；2、把数据和代码挪到一起了，不利于数据段的动态增长。