操作系统设计/内存管理
内存管理是指操作系统如何处理可用内存的术语。它在多个级别进行管理。
在最基本的层面上，有物理内存。物理内存的大小是系统中安装的所有内存模块（如 DDR SDRAM）的容量总和。例如，当您在系统中安装了两个 512 MiB 的 DDR SDRAM 模块时，操作系统将可以使用 1 GiB 的物理内存。
在物理内存之上是分段内存。它使用内存管理单元 (MMU) 将逻辑地址（指定段和偏移量）转换为物理地址（或线性地址）。这使得早期的计算机能够寻址超过 64 KiB 的内存。今天大多数操作系统不使用分段内存模型，而更倾向于使用分页。
分页内存模型使用 MMU 将虚拟地址转换为物理地址。使用分页，可以将多个 4 KiB 大小的块（称为页面）映射到任何虚拟地址。例如，物理内存中偏移量为 0x1000 的数据可能映射到虚拟内存中地址为 0xC0000000（偏移量为 3 GiB）的地址，即使系统可能只有 32 MiB 的物理 RAM 可用。访问地址 0xC0000000 处的数据在内部访问物理地址 0x1000 处的数据。这为进程提供了自己的虚拟地址空间，其中只包含该单个进程所需的代码和数据，而其他所有内容都隐藏起来。这样，一个进程就无法破坏另一个进程的代码或数据，从而提高了安全性 and 可靠性。
使用分页，内存以 4 KiB 大小的块进行管理。大多数应用程序需要能够获取一小部分内存来存储数据。内存分配器获取一大块内存（例如，4 个页面，或 4 * 4 KiB），并将其划分为更小的块（例如，16 字节的块和 6 字节的块），并在请求时将其提供给应用程序。
许多语言和一些操作系统使用一种称为堆的分配内存形式，它本质上是一个大的空间，可以在其中使用和重复使用内存。与堆相关的还有进行垃圾回收的需要，其中未分配的空间被合并形成更大的空间，堆从最终发生的碎片中恢复过来，这种碎片发生在使用同一空间的记录的大小在不同时间不一致时，并且被保持活动的其他分配空间保护。碎片效应会导致许多小的不可用空间散布在堆中。垃圾回收可能包括将分配的内存从一个位置移动到另一个位置，以便释放更多空间。为了使内存对内存透明，分配单元地址不能与公共地址相同，但公共地址必须是对包含分配单元地址的查找表的引用。然后，垃圾回收器可以将数据的副本写入新地址，然后在删除原始数据并允许合并过程恢复空间之前更改查找表地址。另一种技术是引用每个分配内存单元的起始点和结束点，当释放内存单元时，测试其前后单元是否为自由单元，如果是，则重新分配包含所有连续自由部分的较大块。在分配过程中，分配工具将从自由部分列表的顶部开始，查找是否有一些部分与请求的大小完全相同，如果是，则选择第一个符合条件的部分，如果没有找到完全相同大小的部分，则选择下一个最大的部分。垃圾回收可以连续进行，也可以在使用率低的时间进行，最终需要注意的是，如果找不到使用率低的时间，垃圾回收会导致整个计算机在碎片变得难以处理时暂时变慢。