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什么是内存?有何作用

内存是用于存放数据的硬件。程序执行前需要先放到内存中才能被CPU处理。

在多道程序环境下，系统中会有多个程序并发执行，也就是说会有多个程序的数据需要同时放到内存中。那么，如何区分各个程序的数据是放在什么地方的呢?

方案:给内存的存储单元编地址

值得注意的就是每个计算机的位数不同, 有16位, 32位, 那么每个地址对应的存储空间是不一样的, 而且CPU一次处理指令的位数也是不一样的

进程的运行原理 - 指令

可见，我们写的代码要翻译成CPu能识别的指令。这些指令会告诉cPU应该去内存的哪个地址存/取数据,这个数据应该做什么样的处理。在这个例子中，指令中直接给出了变量x的实际存放地址（物理地址)但实际在生成机器指令的时候并不知道该进程的数据会被放到什么位置。所以编译生成的指令中一般是使用逻辑地址（相对地址)

逻辑地址VS物理地址

宿舍四个人一起出去旅行，四个人的学号尾号分别是0、1、2、3。

住酒店时酒店给你们安排了4个房号相连的房间。

四个人按学号递增次序入住房间。

比如0、1、2、3号同学分别入住了5、6、7、8号房间。

四个人的编号0、1、2、3其实是一个“相对位置”，而各自入住的房间号是一个“绝对位置”。

只要知道О号同学住的是房号为N的房间，那么M号同学的房号一定是N+M。

也就是说，只要知道各个同学的“相对位置”和“起始房号”，就一定可以算出所有同学的“绝对位置”

指令中的地址也可以采用这种思想。编译时产生的指令只关心“相对地址”，实际放入内存中时再想办法根据起始位置得到“绝对地址”

Eg:编译时只需确定变量x存放的相对地址是100（也就是说相对于进程在内存中的起始地址而言的地址）。CPU想要找到x在内存中的实际存放位置，只需要用进程的起始地址+100即可。

相对地址又称逻辑地址，绝对地址又称物理地址。

内存管理

操作系统作为系统资源的管理者，当然也需要对内存进行管理,要管些什么呢?

1.操作系统负责内存空间的分配与回收

2.操作系统需要提供某种技术从逻辑上对内存空间进行扩充

3.操作系统需要提供地址转换功能，负责程序的逻辑地址与物理地址的转换

4.操作系统需要提供内存保护功能。保证各进程在各自存储空间内运行，互不干扰

内存保护

内存保护可采取两种方法:

方法一:在CPu中设置一对上、下限寄存器，存放进程的上、下限地址。进程的指令要访问某个地址时，CPu检查是否越界。

方法二:采用重定位寄存器（又称基址寄存器）和界地址寄存器（又称限长寄存器）进行越界检查。重定位寄存器中存放的是进程的起始物理地址。界地址寄存器中存放的是进程的最大逻辑地址。

内存覆盖

早期的计算机内存很小，比如IBM推出的第一台PC机最大只支持1MB大小的内存。因此经常会出现内存大小不够的情况。

后来人们引入了覆盖技术，用来解决“程序大小超过物理内存总和”的问题

覆盖技术的思想:将程序分为多个段（多个模块）。常用的段常驻内存，不常用的段在需要时调入内存。内存中分为一个“固定区”和若干个“覆盖区”。

需要常驻内存的段放在“固定区”中，调入后就不再调出（除非运行结束)

不常用的段放在“覆盖区”，需要用到时调入内存，用不到时调出内存

必须由程序员声明覆盖结构，操作系统完成自动覆盖。缺点:对用户不透明，增加了用户编程负担。覆盖技术只用于早期的操作系统中，现在已成为历史。

内存交换技术

交换（对换）技术的设计思想:内存空间紧张时，系统将内存中某些进程暂时换出外存，把外存中某些已具备运行条件的进程换入内存（进程在内存与磁盘间动态调度)

暂时换出外存等待的进程状态为挂起状态（挂起态，suspend)

挂起态又可以进一步细分为就绪挂起、阻塞挂起两种状态

交换（对换）技术的设计思想:内存空间紧张时，系统将内存中某些进程暂时换出外存，把外存中某些已具备运行条件的进程换入内存（进程在内存与磁盘间动态调度)