内存保护

需要保护操作系统不受用户进程的影响，同时保护用户进程不受其他用户进程的影响。两种方法

CPU中设置上、下限寄存器。
存放用户作业在主存中的下限和上限地址，每当CPU要访问一个地址时，分别和两个寄存器的值对比，判断有无越界
采用 重定位寄存器（或基址寄存器） 和 界地址寄存器（限长寄存器） 来实现保护。
重定位寄存器中含最小的物理地址值，界地址寄存器含逻辑地址的最大值。
每个逻辑地址值必须小于界地址寄存器；若比较后未越界则加上重定位寄存器的值后映射成物理地址，再送内存单元。

覆盖（Overlay）

早期用的。

基本思想：由于程序运行时并非任何时候都要访问程序及数据的各个部分（尤其是大程序），因此可把用户空间分成一个固定区和若干覆盖区。将经常活跃的部分放在固定区，其他部分按调用关系分段。首先将那些即将要访问的段放入覆盖区，其他段放在外存中，在需要调用前，系统再将其调入覆盖区，替换覆盖区中原有的段。

实现：

将程序的必要部分代码和数据常驻内存；
可选部分在其他程序模块中实现，平时存放在外存中（覆盖文件），需
要用到时才装入到内存；
不存在调用关系的模块不必同时装入到内存，可相互覆盖。

特点：打破了必须将一个进程全部信息装入主存后才能运行的限制；但当同时运行代码大于主存时仍不能运行；内存中能更新的地方只有覆盖区的段，不在覆盖区的段会常驻内存。

碎片整理：分区对换（Swapping）

早期使用，基本思想：

把内存中处于等待状态（或在CPU调度原则下被剥夺运行权力的）程序换出到外存上【换出】，以腾出足够的内存空间；
把准备好竞争CPU运行的程序从辅存移到内存【换入】。

优点：不要求用户给出程序段之间的逻辑覆盖结构。

注意：

交换需要备份存储，通常是快速磁盘；
进程执行时间要比交换时间长；
若换出经常，必须确保该进程完全处于空闲状态；
交换空间常作为磁盘的一整块，且独立于文件系统，因此使用很快；
交换在内存吃紧时启动，系统负荷降低就暂停。

固定分区分配

把内存分为大小相等或不等的固定分区，在每个分区中只装入一道程序。

分区分配算法：为进程分配某个空闲分区。

分区相等时，任选一个空闲分区；
分区不等时，根据空闲分区选择最佳任务或根据任务选择最佳空闲分区。

存储保护：界限寄存器

优点：比单一连续分配方法，内存利用率提高了；可以支持多道程序，无外部碎片；实现简单。

缺点：

分区数目确定，限制了系统中活跃进程的数目
小作业的内部碎片可能比较大；
作业必须预先能估计要占用多大的内存空间。

动态分区分配

内存管理：连续内存分配（固定分区、动态分区、伙伴系统）
优点：

支持多道程序
管理方案相对简单，不需要更多的软、硬件开销
实现存储保护的手段比较简单

缺点：

主存利用不够充分，存在外部碎片； ➡ 通过紧凑技术解决
无法实现多进程共享存储器的信息；
无法实现主存的逻辑扩充，进程的地址空间受实际物理内存的限制。

伙伴系统（Buddy system）

综合静态划分技术和动态划分技术的优点。

分配：进程申请大小为k的空间，系统分配一 2^u 的空闲分区，其中，2^u-1＜k ≤ 2^u

查找大小为 2ⁱ 的空闲分区，若找到则分配；
若未找到大小为 2ⁱ 的空闲分区，则查找大小为 2ⁱ⁺¹ 的空闲分区；若找到，则将该空闲分区划分为相等的两个分区（一对伙伴），其中的一个用于分配，另一个分区加入大小为 2ⁱ 的空闲分区链中；
若未找到 2ⁱ⁺¹ 的空闲分区，则需要查找大小为 2ⁱ⁺² 的空闲分区，若找到则需要进行两次划分。第一次将其分割为大小为 2ⁱ⁺¹ 的两个分区，一个用于分配，另一个加入到大小为 2ⁱ⁺¹ 的空闲分区链中；第二次将第一次用于分配的空闲分区分割为 2ⁱ 的两个分区，一个用于分配，另一个加入到大小为 2ⁱ 的空闲分区链中。
若仍未找到 2ⁱ⁺² 的空闲分区，则继续查找 2ⁱ⁺³ 的空闲分区，以此类推。

回收：释放一个大小为 2ⁱ 的分区时，算法：

若事先不存在 2ⁱ 的空闲分区，则保留该分区为一个独立的空闲分区；
若事先已存在 2ⁱ 的空闲分区时，则将其与伙伴分区合并为大小为为 2ⁱ⁺¹ 的空闲分区；
若事先已存在 2ⁱ⁺¹ 的空闲分区时，继续合并为 2ⁱ⁺² 的空闲分区，以此类推。

缺点：速度快，但内存利用率不高。

内存管理：连续内存分配（固定分区、动态分区、伙伴系统）

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