简介

　　内存是计算机中最重要的资源之一，通常情况下，物理内存无法容纳下所有的进程。虽然物理内存的增长现在达到了N个GB，但比物理内存增长还快的是程序，所以无论物理内存如何增长，都赶不上程序增长的速度，所以操作系统如何有效的管理内存便显得尤为重要。本文讲述操作系统对于内存的管理的过去和现在，以及一些页替换的算法的介绍。

　　对于进程的简单介绍

　　在开始之前，首先从操作系统的角度简单介绍一下进程。进程是占有资源的最小单位，这个资源当然包括内存。在现代操作系统中，每个进程所能访问的内存是互相独立的（一些交换区除外）。而进程中的线程所以共享进程所分配的内存空间。

　　在操作系统的角度来看，进程=程序+数据+PCB（进程控制块）。这个概念略微有点抽象，我通过一个类比来说吧：比如，你正在厨房做饭，你一边看着菜谱一边按照菜谱将原料做成菜，就在这时，你儿子进来告诉你他擦破了腿，此时你停下手中的工作，将菜谱反扣过来，然后找来急救书按照书中的内容给你儿子贴上创口贴，贴完后你继续回去打开菜谱，然后继续做饭。在这个过程中，你就好比CPU，菜谱就好比程序，而做菜的原料就好比数据。你按照程序指令加工数据，而急救工作好比一个更高优先级的进程，中断了你当前做饭的工作，然后你将菜谱反扣过来（保护现场），转而去处理高优先级的进程，处理完毕后你继续从刚才的页读菜谱（恢复现场），然后继续执行做菜这个进程。

　　在简单介绍完进程的概念后，我们来转入内存。

　　没有内存抽象的年代

　　在早些的操作系统中，并没有引入内存抽象的概念。程序直接访问和操作的都是物理内存。比如当执行如下指令时：

　　这条指令会毫无想象力的将物理地址1000中的内容赋值给寄存器。不难想象，这种内存操作方式使得操作系统中存在多进程变得完全不可能，比如MS-DOS，你必须执行完一条指令后才能接着执行下一条。如果是多进程的话，由于直接操作物理内存地址，当一个进程给内存地址1000赋值后，另一个进程也同样给内存地址赋值，那么第二个进程对内存的赋值会覆盖第一个进程所赋的值，这回造成两条进程同时崩溃。

　　没有内存抽象对于内存的管理通常非常简单，除去操作系统所用的内存之外，全部给用户程序使用。或是在内存中多留一片区域给驱动程序使用，如图1所示。

图1.没有内存抽象时，对内存的使用

　　第一种情况操作系统存于RAM中，放在内存的低地址，第二种情况操作系统存在于ROM中，存在内存的高地址，一般老式的手机操作系统是这么设计的。

　　如果这种情况下，想要操作系统可以执行多进程的话，唯一的解决方案就是和硬盘搞交换，当一个进程执行到一定程度时，整个存入硬盘，转而执行其它进程，到需要执行这个进程时，再从硬盘中取回内存，只要同一时间内存中只有一个进程就行，这也就是所谓的交换（Swapping）技术。但这种技术由于还是直接操作物理内存，依然有可能引起进程的崩溃。

　　所以，通常来说，这种内存操作往往只存在于一些洗衣机，微波炉的芯片中，因为不可能有第二个进程去征用内存。