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内存管理

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zy010101
发布2019-07-10 16:05:14
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发布2019-07-10 16:05:14
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文章被收录于专栏:程序员程序员

进程调度能提高CPU利用率和计算机响应速度。为了实现这一性能,必须将多个进程保存在内存中,也就是说内存共享。

通常,将指令与数据捆绑到内存地址可以在编译时进行,也可以在加载时进行,还可以在执行时进行。

  • 在编译时绑定地址,那么生成的就是绝对代码。这样的地址对应于实际的物理地址。一般是在嵌入式系统开发的时候常用的一种做法,尤其是当裸机开发的时候。通常寄存器映射的物理地址是不变的,因此代码需要跑到别的开发板上去,可能就要做出较大的修改。
  • 在加载时执行绑定地址,那么编译器就需要生成可重定位代码。这种情况下,如果起始地址改变,那么重新加载即可。地址仍旧对应于实际物理地址。
  • 执行程序的时候绑定地址,这样进程能从一个内存段移动到另一个内存段。采用这样的方案需要特殊的硬件(通常是MMU)。除了一些嵌入式芯片没有MMU,绝大多数CPU都是有MMU的。因此绝大多数计算机都采用了这种方式。

CPU所生产的地址通常是逻辑地址,而内存单元的地址是物理地址。编译时绑定和加载时绑定生成的的逻辑地址和实际物理地址是一致的。

执行时绑定地址(逻辑地址)的方案依赖于MMU来完成。这种情况下的通常称逻辑地址为虚拟地址。由程序所生成的所有逻辑地址合称为“逻辑地址空间”。与逻辑地址相对应的所有物理地址集合称为“物理地址空间”。对于执行时绑定地址方案,逻辑地址空间和物理地址空间是不同的。运行时从虚拟地址到物理地址的映射是由称为内存管理单元(MMU)的硬件来完成的。有许多方法都可以实现这种映射。

一种简单地MMU方案来实现这个映射是基于基地址寄存器方案的。基地址寄存器这时候被称为“重定位寄存器”。用户进程进入内存之前,都将加上重定位寄存器的值。用户绝不会看到真正的物理地址。所有的地址都是相对于基地址的重定位。用户程序只关心逻辑地址,切认为进程的地址空间为0——MAX。MMU将逻辑地址转换为物理地址。

动态加载

为了获得更好的内存空间利用率,可以使用动态加载。这个做法就是在子程序被调用的时候才被加载到内存中。所有的子程序都被以可重定位的形式保存在磁盘上。主程序是装入内存的,何时需要子程序就何时调用。动态加载的优点是不使用的子程序绝不会装入内存。

动态链接库

为了获得更好的内存空间利用率。动态链接库也是一种不错的方法。动态链接库是将链接这个操作阶段后移到了运行时。在Windows下常见的DLL文件就是动态链接库(在Linux下就.so文件)。这一点特别适合于系统库。每个可执行文件对每个它需要的库程序的引用都是一个存根。存根能指出如何定位内存驻留区的库程序,以及该程序不再内存时,如何装入。动态链接库的另一个优点是更新方便。使用动态链接库,只需要更新库就可以。不需要改变程序本身。

交换技术

还有一种方法就是交换技术,进程可以暂时的从内存中交换出来到备份存储上,当他需要继续执行的时候,再把它调回内存。

上面的方法都是为了提高内存利用率。当然了高级的MMU特性会给操作系统带来更大的方便。

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原始发表:2019年07月05日,如有侵权请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除

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