一、操作系统的内存分配一般有哪几种方式,各有什么优缺点

一、程序载入

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。

这样会造成的问题有：

(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。

(2)：内存使用效率低。有大量的数据在装入装出，导致效率十分低下。

(3)：程序运行的地址不确定。因为是随机分配的，所以程序运行的地址是不确定的。

二、虚拟内存

为了解决上述问题，人们想到了一种变通的方法，就是增加一个中间层，利用一种间接的地址访问方法访问物理内存。按照这种方法，程序中访问的内存地址不再是实际的物理内存地址，而是一个虚拟地址，然后由操作系统将这个虚拟地址映射到适当的物理内存地址上。这样，只要操作系统处理好虚拟地址到物理内存地址的映射，就可以保证不同的程序最终访问的内存地址位于不同的区域，彼此没有重叠，就可以达到内存地址空间隔离的效果。人们之所以要创建一个虚拟地址空间，目的是为了解决进程地址空间隔离的问题。但程序要想执行，必须运行在真实的内存上，所以，必须在虚拟地址与物理地址间建立一种映射关系。这样，通过映射机制，当程序访问虚拟地址空间上的某个地址值时，就相当于访问了物理地址空间中的另一个值。人们想到了一种分段(Sagmentation)的方法，它的思想是在虚拟地址空间和物理地址空间之间做一一映射。

这种分段的映射方法虽然解决了上述中的问题一和问题三，但并没能解决问题二，即内存的使用效率问题。在分段的映射方法中，每次换入换出内存的都是整个程序，这样会造成大量的磁盘访问操作，导致效率低下。所以这种映射方法还是稍显粗糙，粒度比较大。实际上，程序的运行有局部性特点，在某个时间段内，程序只是访问程序的一小部分数据，也就是说，程序的大部分数据在一个时间段内都不会被用到。基于这种情况，人们想到了粒度更小的内存分割和映射方法，这种方法就是分页(Paging)。

（三）：分页

分页的基本方法是，将地址空间分成许多的页。每页的大小由CPU决定，然后由操作系统选择页的大小。目前Inter系列的CPU支持4KB或4MB的页大小，而PC上目前都选择使用4KB。按这种选择，4GB虚拟地址空间共可以分成1048576个页，512M的物理内存可以分为131072个页。显然虚拟空间的页数要比物理空间的页数多得多。分页方法的核心思想就是当可执行文件执行到第x页时，就为第x页分配一个内存页y，然后再将这个内存页添加到进程虚拟地址空间的映射表中,这个映射表就相当于一个y=f(x)函数。应用程序通过这个映射表就可以访问到x页关联的y页了。

一页式管理

1页式管理的基本原理将各进程的虚拟空间划分成若干个长度相等的页(page)，页式管理把内存空间按页的大小划分成片或者页面（page frame），然后把页式虚拟地址与内存地址建立一一对应页表，并用相应的硬件地址变换机构，来解决离散地址变换问题。页式管理采用请求调页或预调页技术实现了内外存存储器的统一管理。它分为

1静态页式管理。静态分页管理的第一步是为要求内存的作业或进程分配足够的页面。系统通过存储页面表、请求表以及页表来完成内存的分配工作。静态页式管理解决了分区管理时的碎片问题。但是，由于静态页式管理要求进程或作业在执行前全部装入内存，如果可用页面数小于用户要求时，该作业或进程只好等待。而且作业和进程的大小仍受内存可用页面数的限制。

2动态页式管理。动态页式管理是在静态页式管理的基础上发展起来的。它分为请求页式管理和预调入页式管理。

优点：没有外碎片，每个内碎片不超过页大小。一个程序不必连续存放。便于改变程序占用空间的大小（主要指随着程序运行而动态生成的数据增多，要求地址空间相应增长，通常由系统调用完成而不是操作系统自动完成）。

缺点：程序全部装入内存。

要求有相应的硬件支持。例如地址变换机构，缺页中断的产生和选择淘汰页面等都要求有相应的硬件支持。这增加了机器成本。增加了系统开销，例如缺页中断处理机，请求调页的算法如选择不当，有可能产生抖动现象。虽然消除了碎片，但每个作业或进程的最后一页内总有一部分空间得不到利用果页面较大，则这一部分的损失仍然较大。

二段式管理的基本思想

把程序按内容或过程（函数）关系分成段，每段有自己的名字。一个用户作业或进程所包含的段对应一个二维线形虚拟空间，也就是一个二维虚拟存储器。段式管理程序以段为单位分配内存，然后通过地址影射机构把段式虚拟地址转换为实际内存物理地址。

程序通过分段(segmentation)划分为多个模块，如代码段、数据段、共享段。其优点是：可以分别编写和编译。可以针对不同类型的段采取不同的保护。可以按段为单位来进行共享，包括通过动态链接进行代码共享。

三段页式管理的实现原理

1虚地址的构成

一个进程中所包含的具有独立逻辑功能的程序或数据仍被划分为段，并有各自的段号s。这反映相继承了段式管理的特征。其次，对于段s中的程序或数据，则按照一定的大小将其划分为不同的页。和页式系统一样，最后不足一页的部分仍占一页。这反映了段页式管理中的页式特征。从而，段页式管理时的进程的虚拟地址空间中的虚拟地址由三部分组成：即段号s，页号P和页内相对地址d。虚拟空间的最小单位是页而不是段，从而内存可用区也就被划分成为着干个大小相等的页面，且每段所拥有的程序和数据在内存中可以分开存放。分段的大小也不再受内存可用区的限制。

2段表和页表

为了实现段页式管理，系统必须为每个作业或进程建立一张段表以管理内存分配与释放、缺段处理、存储保护相地址变换等。另外，由于一个段又被划分成了若干页，每个段又必须建立一张页表以把段中的虚页变换成内存中的实际页面。显然，与页式管理时相同，页表中也要有相应的实现缺页中断处理和页面保护等功能的表项。另外，由于在段页式管理中，页表不再是属于进程而是属于某个段，因此，段表中应有专项指出该段所对应页表的页表始址和页表长度。

3动态地址变换过程

在一般使用段页式存储管理方式的计算机系统中，都在内存中辟出一块固定的区域存放进程的段表和页表。因此，在段页式管理系统中，要对内存中指令或数据进行一次存取的话，至少需要访问三次以上的内存：

第一次是由段表地址寄存器得段表始址后访问段表，由此取出对应段的页表在内存中的地址。

第二次则是访问页表得到所要访问的物理地址。

第三次才能访问真正需要访问的物理单元。

显然，这将使CPU的执行指令速度大大降低。为了提高地址转换速度，设置快速联想寄存器就显得比段式管理或页式管理时更加需要。在快速联想寄存器中，存放当前最常用的段号s、页号p和对应的内存页面与其它控制用栏目。当要访问内存空间某一单元时，可在通过段表、页表进行内存地址查找的同时，根据快速联想寄存器查找其段号和页号。如果所要访问的段或页在快速联想寄存器中，则系统不再访问内存中的段表、页表而直接把快速联想寄存器中的值与页内相对地址d拼接起来得到内存地址。

总之，因为段页式管理是段式管理的页式管理方案结合而成的，所以具有它们二者的优点。但反过来说，由于管理软件的增加，复杂性和开销也就随之增加了。另外，需要的硬件以及占用的内存也有所增加。更重要的是，如果不采用联想寄存器的方式提高CPU的访内速度，将会使得执行速度大大下降

二、数据存储方式有哪些

数据存储方式主要有以下几种：

1.硬盘存储：硬盘是计算机中最常见的一种存储设备。它由一个或多个磁盘盘片和磁盘驱动器组成，是一种机械式存储设备。硬盘存储用于永久存储计算机系统中的数据，通常用于存储操作系统、应用程序和用户数据。

2.固态硬盘（SSD）：固态硬盘是一种基于电子存储的存储设备，它没有机械部件。因此，固态硬盘的读写速度通常比机械硬盘更快，并且具有更低的功耗。固态硬盘通常用于提高计算机系统的性能，特别是对于需要快速访问数据的场景。

3.内存（RAM）：内存是计算机中用于临时存储数据的一种设备。它由高速半导体芯片组成，可以快速地读写数据。内存主要用于存储正在运行的程序和数据，以确保程序运行时所需的数据能够随时访问。

4.云存储：云存储是一种通过网络提供的大规模、可扩展的存储服务。它通过云端服务器和客户端软件将数据存储在远程数据中心，用户可以通过互联网访问这些数据。云存储通常用于长期存储大量数据，并可提供数据备份、恢复和共享等功能。

5.数据库存储：数据库是一种专门用于存储和管理数据的系统。它使用特定的数据模型和查询语言来管理数据，并提供高效的数据检索、修改和备份功能。数据库存储通常用于大规模数据管理，如企业级应用程序、电子商务平台和社交媒体网站等。

除了以上几种主要的存储方式，还有许多其他的数据存储方式，如闪存盘、光盘库、磁带库等。每种存储方式都有其特定的优势和适用场景，因此根据需求选择合适的存储方式对于数据管理至关重要。

三、windows操作系统采用了什么存储管理技术

"磁盘管理”程序是用于管理硬盘、卷或它们所包含的分区的系统实用工具。利用“磁盘管理”，可以初始化磁盘、创建卷、使用 FAT、FAT32或 NTFS文件系统格式化卷以及创建容错磁盘系统。“磁盘管理”可以在不需要重新启动系统或中断用户的情况下执行多数与磁盘相关的任务；大多数配置更改将立即生效。

“磁盘管理”替代了 Microsoft Windows NT 4.0中使用的“磁盘管理器”实用工具，并提供了许多新的功能，包括：

简化的任务和直观的用户界面。“磁盘管理”程序易于使用。可通过鼠标右键访问的菜单能够显示可对选定对象执行的任务，并指导您创建分区或卷以及初始化或转换磁盘。详细信息，请参阅磁盘管理窗口。

基本和动态磁盘存储。基本磁盘包含有基本卷，例如主磁盘分区和扩展分区中的逻辑驱动器。可在便携机上或打算在同一磁盘的不同分区上安装多个操作系统时使用基本磁盘。详细信息，请参阅基本磁盘和基本卷。

动态磁盘包含所提供的功能比基本磁盘要多的动态卷，如在 Microsoft Windows 2000 Server家族或 Microsoft Windows Server 2003家族操作系统上创建容错卷。可在不重新启动计算机的情况下扩展动态卷（除了系统或启动卷外）、镜像动态卷，并添加新的动态磁盘。详细信息，请参阅动态磁盘和动态卷。

本地和远程磁盘管理。可使用“磁盘管理”来管理运行 Windows 2000、Microsoft Windows XP Professional或 Windows Server 2003家族操作系统（而且您是其中的 Backup Operators组或 Administrators组的成员）的任何远程计算机。有关远程管理磁盘和卷的详细信息，请参阅远程磁盘管理。

装入的驱动器。可使用“磁盘管理”在本地 NTFS卷上的任何空文件夹中连接或装入本地驱动器。装入的驱动器使数据更容易访问，并赋予您基于工作环境和系统使用情况管理数据存储的灵活性。装入的驱动器不受 26个驱动器号限制的影响，因此可以使用装入的驱动器在计算机上访问 26个以上的驱动器。详细信息，请参阅使用 NTFS装入的驱动器。

支持 MBR和 GPT磁盘。“磁盘管理”在基于 x86的计算机上提供对主启动记录(MBR)磁盘的支持，以及在基于 Itanium的计算机中提供对 MBR和 GUID分区表(GPT)磁盘的支持。详细信息，请参阅分区样式。

支持存储区域网络(SANs)。为了在 Windows Server 2003 Enterprise Edition和 Windows Server 2003 Datacenter Edition之间的存储区域网络有良好的互操作性，新磁盘上的卷加入系统时，不默认自动装入和分配驱动器符。

从命令行管理磁盘。使用 DISKPART命令可以通过命令行执行与磁盘相关的任务，而不必使用“磁盘管理”。使用 DISKPART，可以创建自动执行任务的脚本，例如创建卷或将基本磁盘转化为动态磁盘。

四、存储设备主要有哪几种

从操作系统来讲，不同类型的存储器的出现正是为了实现经典的内存架构：多级缓存结构，为了匹配高速的CPU。从CPU内部的寄存器，到高速cache，再到主存，然后是磁盘，最后是磁带，速度越来越慢，但价格越来越便宜。包括DSP的内存架构，也是分为三级，第一级是CPU内部的寄存器，第二级L1P和L1DRAM，第三级是L1SRAM，L1和L2的都是片内RAM，之后还可以通过EMIF接口（64X+）或者XINTFT接口（28系列）拓展片外存储器，总之也是速度越来越慢。本文要总结的就是几种存储器类型。

按用途存储器可以分为外部存储器和内部存储器。外存通常是磁性介质或光盘，能长期保存信息。内存指主板上的存储部件，用来存放当前正在执行的数据和程序，仅用于暂时存放程序和数据，关闭电源或断电，数据会丢失。

RAM

RAM(random access memory，随机存取存储器）。存储单元的内容可按需随意取出或存入，且存取的速度与存储单元的位置无关的存储器。这种存储器在断电时将丢失其存储内容，故主要用于存储短时间使用的程序。按照存储信息的不同，随机存储器又分为静态随机存储器（Static RAM，SRAM)和动态随机存储器（Dynamic RAM，DRAM)。

SRAM

SRAM（Static RAM，静态随机存储器），不需要刷新电路，数据不会丢失，而且，一般不是行列地址复用的。但是他集成度比较低，不适合做容量大的内存，一般是用在处理器的缓存里面。像S3C2440的ARM9处理器里面就有4K的SRAM用来做CPU启动时用的。

SRAM其实是一种非常重要的存储器，它的用途广泛。SRAM的速度非常快，在快速读取和刷新时能够保持数据完整性。SRAM内部采用的是双稳态电路的形式来存储数据。所以SRAM的电路结构非常复杂。制造相同容量的SRAM比DRAM的成本高的多。正因为如此，才使其发展受到了限制。因此目前SRAM基本上只用于CPU内部的一级缓存以及内置的二级缓存。仅有少量的网络服务器以及路由器上能够使用SRAM。

DRAM

Dynamic RAM，动态随机存取存储器，每隔一段时间就要刷新一次数据，才能保存数据。而且是行列地址复用的，许多都有页模式。SDRAM是其中的一种。

SDRAM

SDRAM（Synchronous DRAM，同步动态随机存储器），即数据的读写需要时钟来同步。其存储单元不是按线性排列的，是分页的。

DRAM和SDRAM由于实现工艺问题，容量较SRAM大。但是读写速度不如SRAM。

一般的嵌入式产品里面的