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内存的作用与特点
- 内存（RAM）：
- 临时存储运行中的程序和数据，与CPU高速联系，速度远超过硬盘。内存的突出的性能特点使其成为计算机体系结构中至关重要的部分。
- 内存是易失性存储器，当电源关闭或故障时，存储在内存中的数据将丢失。
存储单元
- 地址与编码：
- 内存中的每个存储单元都用一个唯一的地址表示，地址从0开始递增。每个存储单元的大小通常为1字节，但可以根据需要配置为更大的单位。
- 按字节与按字编址：
- 按字节编址：适用于绝大多数现代计算机，每个地址指向一个字节。
- 按字编址：在某些特定的硬件架构中，若字长为16位，则每个存储单元大小为2字节。这种编址方式在高效处理特定数据类型时非常有用。
逻辑地址与物理地址
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逻辑地址：在程序编译、链接时生成的地址。在程序执行期间，逻辑地址会被CPU用来访问内存中的数据，通常是相对地址。
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物理地址：指在内存中实际存在的地址，用于定位数据的确切位置。操作系统负责将逻辑地址映射到物理地址。
从写程序到装入程序的流程
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编译：
- 将用高层语言编写的源程序，通过编译器转换为低层次的机器代码（目标模块）。该模块包含了执行所需的指令和数据。
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链接：
- 链接器将目标模块和所需的库函数进行链接，生成一个完整的装入模块，包含所有地址、符号等信息。
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链接方式：
- 静态链接：
- 在程序运行之前完成链接。
- 优点：执行效率高，不需运行时依赖。
- 缺点：程序的修改要重新编译和链接，导致内存占用增加（库的重复存储）。
- 装入时动态链接：
- 在程序运行之前链接部分库函数，但不链接所有。
- 优点：提高效率，同时允许程序的动态更新。
- 运行时动态链接：
- 仅在需要时才装入和链接目标模块。
- 优点：提高了装入效率和内存利用率，便于模块的共享。
- 静态链接：
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装入：
- 通过装入程序将目标模块加载到内存中，创建物理地址。
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装入方式：
- 绝对装入：
- 编译时产生绝对地址。适用于简单的单道程序环境，但灵活性差。
- 可重定位装入（静态重定位）：
- 装入时进行一次性地址转换，利用重定位信息将逻辑地址映射为物理地址。
- 固定长度，灵活性不足，不适用于现代复杂的操作系统。
- 动态运行时装入（动态重定位）：
- 使用重定位寄存器在运行时动态转换逻辑地址为物理地址。
- 允许程序在内存中动态分配和移动，提高了程序的灵活性和有效管理。
- 绝对装入：
重定位
重定位是指在程序被装入内存执行的过程中，修改程序代码中指令和数据的地址，使其能够正确指向物理内存中的位置。重定位支持的类型包括：
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静态重定位：
- 在程序加载时进行地址转换，一般使用在静态链接的程序中，操作系统需预先知道物理地址的空间。
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动态重定位：
- 通过运行时重定位寄存器实现地址转换，允许程序在内存中的任意位置装入和执行，提高了内存的利用率。
内存分配策略
为了高效地使用内存，各种内存分配策略被引入，以管理可用内存资源：
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分区分配：
- 将内存分成多个固定大小或动态大小的分区，适用于不同大小的进程。
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动态分配：
- 进程在运行时动态请求所需内存。常用方法有分配连续空间（如堆）和链式分配。
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分页管理：
- 将进程的逻辑地址空间划分为固定大小的页，物理内存相应划分为页框，允许不连续的内存分配，大大减少外部碎片。
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段式管理：
- 将进程的内存分成段，每个段大小不固定，依据逻辑结构来划分，适应程序的逻辑划分，提高了内存利用率。
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虚拟内存：
- 允许程序使用比物理内存更大的逻辑地址空间，通过页面置换算法，将不常用的内存页移动到辅助存储（如硬盘），进而实现高效内存管理。