3.1 基本概念：逻辑地址与物理地址
搞清"程序看到的地址"和"内存真实的地址"是两回事，本节就通了。
- 逻辑地址（相对地址）——程序里用的地址，从 0 开始编号，是"程序眼里的世界"。
- 物理地址（绝对地址）——内存条上真实的地址。
- 地址重定位——把逻辑地址变成物理地址的过程。程序运行时由硬件（如页式的地址变换机构）动态完成， 所以叫动态重定位。
为什么需要它
- 程序编译时不知道自己会被装到内存的哪一段；由操作系统在装载/运行时统一换算，程序才能"随便放"。
3.2 分区管理与分配算法
老式内存管理的做法，考"哪个算法找哪块"。
- 固定分区——内存提前切成若干等长/不等长区，一区一程序。简单，但容易浪费（程序小、分区大）。
- 可变分区——按需分配，用多少给多少。会产生"内存碎片"（离散的小空隙）。
空闲区分配算法的三个套路（名字—策略对照记）：
| 算法 | 怎么找 | 特点 |
|---|---|---|
| 首次适应 | 从低地址开始找第一个够大的 | 简单快；低地址区容易磨碎 |
| 最佳适应 | 找最小的够用块 | 看似省，留下更多小碎片（最差策略名声） |
| 最坏适应 | 找最大的块切 | 剩下的碎块还能用；大作业来了就没了 |
课堂练习（2 题）
- "找最小可用空闲区"是哪种分配算法？ 答：最佳适应算法。
- 可变分区会产生什么问题？固定分区呢？ 答：可变分区产生外碎片（分散的空闲小空隙）；固定分区产生内碎片（分区内的浪费）。
3.3 页式管理：地址变换（计算题）★
"逻辑地址 = 页号 + 页内偏移"——软考最爱要求"算出物理地址"。
分页思想：把逻辑空间等分成页（大小固定，如 4KB），物理内存等分成同样大小的页框（块）。 程序的一页可以装到任意一个空闲页框里——内存利用率高，也没有外部碎片。
逻辑地址的结构： [ 页号 P | 页内偏移 W ] 页表：每个进程一张，记录 "页号 → 页框号" 的对应关系 变换过程：逻辑地址 → 拆出页号P与偏移W → 查页表得页框号M → 物理地址 = M × 页大小 + W
例题：手把手算一次
页面大小 4KB（4096 字节）；逻辑地址 13000；该页在页表中的页框号为 8。求物理地址。
第 1 步：求页号与页内偏移 页号 = 13000 ÷ 4096 = 3（整除部分） 偏移 = 13000 − 3×4096 = 13000 − 12288 = 712 第 2 步：查页表，页号 3 对应的页框号 = 8（题给） 第 3 步：拼物理地址 物理地址 = 8 × 4096 + 712 = 32768 + 712 = 33480
配套常识
- 页大小是 2 的整数次幂时：页号=地址高位、偏移=地址低位（4KB → 低 12 位是偏移）。
- 页表在内存里，由操作系统为每个进程维护；增加快表（TLB）可加速查表。
- 分页解决的是"内存碎片和分配"问题；页是物理单位，对用户不可见。
课堂练习（3 题）
- 页面大小 1KB，逻辑地址 2500，页号和偏移分别是多少？ 答：页号 = 2500 ÷ 1024 = 2；偏移 = 2500 − 2048 = 452。
- 上题若页号 2 对应的页框号是 5，物理地址是多少？ 答：5 × 1024 + 452 = 5572。
- 页表的作用是什么？ 答：记录逻辑页号到物理页框号的映射，供地址变换使用。
3.4 段式与段页式：分页 vs 分段
一张对比表搞定，考试就问"谁是逻辑单位、谁是物理单位"。
| 分页 | 分段 | |
|---|---|---|
| 划分依据 | 物理单位，等长切分 | 逻辑单位，按程序模块（代码段/数据段）划分，长度不等 |
| 对用户 | 不可见（系统自动） | 可见（编写者划分） |
| 地址结构 | 页号 + 页内偏移 | 段号 + 段内偏移 |
| 主要目的 | 提高内存利用率、消除外碎片 | 便于模块化、共享与保护 |
段页式 = 先分段（逻辑模块）再分页（物理存储）：一个程序分成若干段，每段再分页。 地址变换要查两次表（段表 → 页表），最灵活但也最复杂。
课堂练习（2 题）
- 段的长度是固定的还是可变的？页呢？ 答：段长可变（按逻辑模块定）；页长固定（系统规定，如 4KB）。
- 段页式地址变换需要查几张表？ 答：两张——先查段表找到该段的页表，再查页表找到页框。
3.5 虚拟内存与页面置换（计算题）★
"内存不够用怎么办"——虚拟内存 + 置换算法。会数缺页次数就是分。
虚拟内存的思想：程序不必全部装入内存就能运行；只把常用部分放内存，其余留在磁盘。 访问的页不在内存时发生缺页中断，操作系统把缺的页从磁盘调入—— 如果内存满，还要先按置换算法淘汰一页。
三种置换算法
- OPT（最优）——淘汰"未来最久不用"的页。理论最优，无法实现，作为标尺。
- FIFO（先进先出）——淘汰最早进入的页。实现简单；可能发生 Belady 异常（帧变多反而缺页更多）。
- LRU（最近最久未用）——淘汰过去最久没被访问的页。性能接近 OPT，硬件开销较大。
例题：数缺页次数（3 个页框）
页面访问序列：2, 3, 2, 1, 5, 2, 4, 5, 3, 2, 5, 2
FIFO 走一遍（淘汰"最早进入"的页）： 2 → [2] 缺 3 → [2,3] 缺 2 → 命中 1 → [2,3,1] 缺 5 → 淘汰2 → [3,1,5] 缺 2 → 淘汰3 → [1,5,2] 缺 4 → 淘汰1 → [5,2,4] 缺 5 → 命中 3 → 淘汰5 → [2,4,3] 缺 2 → 命中 5 → 淘汰2 → [4,3,5] 缺 2 → 淘汰4 → [3,5,2] 缺 → FIFO 共缺页 9 次（12 次访问，命中 3 次） 三种算法对比（同一序列、3 个页框）： OPT 6 次 < LRU 7 次 < FIFO 9 次 结论：OPT 最优但不可实现；LRU 效果好；FIFO 最简单但最差。
几个配套概念
- 缺页中断属于内部中断（软中断），不属于 I/O 中断。
- 抖动（颠簸）——页面频繁换进换出，CPU 大部分时间在等页，效率骤降。
- 局部性原理——程序一段时间内倾向于集中访问某些页，这是虚拟内存能快的基础。
课堂练习（2 题）
- 哪种置换算法可能发生 Belady 异常？ 答：FIFO（增加物理块数反而可能增加缺页次数）。
- 缺页中断发生时操作系统要做什么？ 答：把所需页面从磁盘调入内存；内存满时先按置换算法淘汰一页；调整页表后重新执行被中断的指令。