面试题：内存管理中如何实现进程存储独立

Question

在操作系统内存管理的范畴内，阐述实现进程存储独立的常见机制，并简单说明其工作原理。

Answer 1

常见机制

1. 内存分段
2. 内存分页
3. 虚拟内存机制

工作原理

1. 内存分段
   • 将程序按照逻辑功能划分为不同的段，如代码段、数据段、栈段等。每个段有自己的起始地址和长度。
   • 处理器通过段寄存器来定位段的起始地址，在访问内存时，将逻辑地址中的段号与段寄存器中的值结合，再加上偏移量得到物理地址。这样不同进程的段在内存中相互独立，实现存储独立。
2. 内存分页
   • 把内存划分成固定大小的页框（物理页），程序也被划分成同样大小的页面（逻辑页）。
   • 建立页表，用于记录逻辑页到物理页框的映射关系。当程序访问内存时，逻辑地址被拆分成页号和页内偏移，通过页表找到对应的物理页框号，再与页内偏移组合得到物理地址。每个进程有自己独立的页表，使得各进程的内存空间相互隔离。
3. 虚拟内存机制
   • 虚拟内存是对物理内存的扩展，程序使用的地址空间是虚拟地址空间。
   • 虚拟地址通过页表等机制映射到物理内存。当访问的虚拟地址对应的物理页不在内存中时，触发缺页中断。操作系统从磁盘等外存中把相应的页调入内存，并更新页表。不同进程的虚拟地址空间相互独立，每个进程都认为自己独占大量内存，实现了进程存储独立，同时提高了内存的利用率和多道程序的并发度。