面试题：内存管理之中等难度：进程内存按需分配策略

Question

在操作系统内存管理中，描述一下常见的进程内存按需分配策略有哪些，并且简单阐述它们的工作原理及适用场景。

Answer 1

1. 分页（Paging）

• 工作原理：将进程的逻辑地址空间划分为大小固定的页（Page），物理内存也划分为同样大小的页框（Frame）。进程的页可以离散地存储在物理内存的页框中。当进程访问某个逻辑地址时，系统通过页表将逻辑页号映射到对应的物理页框号，从而找到实际的数据。
• 适用场景：适用于大多数通用操作系统。由于页的大小固定，管理简单，能有效利用内存，解决外部碎片问题。例如在现代桌面操作系统和服务器操作系统中广泛应用。

2. 分段（Segmentation）

• 工作原理：根据进程中逻辑上相对独立的部分，如代码段、数据段、栈段等，将进程的逻辑地址空间划分为不同的段（Segment）。每个段有自己的段基址和段界限。访问内存时，系统根据段号找到对应的段基址，再结合段内偏移确定物理地址。
• 适用场景：便于程序员理解和管理程序结构，适用于需要对不同程序部分进行独立保护和共享的场景。如早期的一些操作系统，在支持程序模块化开发和内存保护方面有应用。

3. 段页式（Segmented Paging）

• 工作原理：结合了分页和分段的优点。先将进程逻辑地址空间按段划分，每个段再进一步划分为页。系统通过段表找到对应的页表，再由页表找到物理页框。
• 适用场景：适用于对内存管理要求较高，既希望利用分段的逻辑清晰性，又想借助分页的内存利用效率的场景。如大型复杂的操作系统，在满足不同程序模块管理需求的同时提高内存利用率。