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在进入正题前先来谈谈操作系统内存管理机制的发展历程,了解这些有利于我们更好的理解目前操作系统的内存管理机制。
一 早期的内存分配机制
在 早期的计算机中,要运行一个程序,会把这些程序全都装入内存,程序都是直接运行在内存上的,也就是说程序中访问的内存地址都是实际的物理内存地址。当计算机同时运行多个程序时,必须保证这些程序用到的内存总量要小于计算机实际物理内存的大小。那当程序同时运行多个程序时,操作系统是如何为这些程序分配内存 的呢?下面通过实例来说明当时的内存分配方法:
某台计算机总的内存大小是 128M ,现在同时运行两个程序 A 和B,A需占用内存 10M , B 需占用内存 110 。计算机在给程序分配内存时会采取这样的方法:先将内存中的前 10M 分配给程序 A ,接着再从内存中剩余的 118M 中划分出 110M 分配给程序 B 。这种分配方法可以保证程序 A 和程序 B 都能运行,但是这种简单的内存分配策略问题很多。
图一 早期的内存分配方法
问题 1 :进程地址空间不隔离。由于程序都是直接访问物理内存,所以恶意程序可以随意修改别的进程的内存数据,以达到破坏的目的。有些非恶意的,但是有 bug 的程序也可能不小心修改了其它程序的内存数据,就会导致其它程序的运行出现异常。这种情况对用户来说是无法容忍的,因为用户希望使用计算机的时候,其中一个任务失败了,至少不能影响其它的任务。
问题 2 :内存使用效率低。在A和B都运行的情况下,如果用户又运行了程序 C ,而程序 C 需要 20M 大小的内存才能运行,而此时系统只剩下 8M 的空间可供使用,所以此时系统必须在已运行的程序中选择一个将该程序的数据暂时拷贝到硬盘上