主题
概念卡片：内存管理与虚拟内存
一句话机制：内存管理负责内存分配回收 + 逻辑地址到物理地址的转换；虚拟内存基于局部性原理，为每个进程定义一个连续虚拟地址空间，把内存当外存缓存，让进程可用内存「看起来」超过物理内存。
内存管理机制
| 机制 | 分配方式 | 特点 |
|---|---|---|
| 块式管理 | 连续分配 | 分固定大小块，一个块一个进程，产生大量内部碎片 |
| 页式管理 | 非连续 | 页大小固定，页表映射逻辑↔物理，利用率高、碎片少 |
| 段式管理 | 非连续 | 段有逻辑意义（代码段/数据段/栈段），段表映射 |
分页 vs 分段：
| 分页 | 分段 | |
|---|---|---|
| 大小 | 固定（OS 决定） | 不固定（看程序） |
| 意义 | 无逻辑意义 | 逻辑信息单位 |
| 共同点 | 都离散存储、提高利用率、减少碎片 | 同左 |
快表与多级页表
- 快表（TLB）：页表的高速缓存，存部分页表项。命中则只需访问一次快表 + 一次主存（未命中要两次主存）。
- 多级页表：避免把全部页表一直放内存，是「时间换空间」的典型。
虚拟内存
- 本质：定义连续虚拟地址空间 + 内存外存两级存储；不只是「用硬盘扩展内存」。
- 原理：局部性原理——时间局部性（循环重复访问）、空间局部性（顺序存储/执行）。
- 实现：建立在离散分配上，三种方式（请求分页/请求分段/请求段页式），依赖缺页中断 + 页面置换。
- 地址转换：CPU 用虚拟寻址，靠 MMU 把虚拟地址译成物理地址。
页面置换算法
| 算法 | 淘汰规则 | 备注 |
|---|---|---|
| OPT 最佳 | 以后永不使用/最久不用的页 | 无法实现，作衡量基准 |
| FIFO | 最先进入的页 | 简单 |
| LRU | 最近最久未使用 | 最常用 |
| LFU | 使用次数最少 |
不变量（必须成立的约束）
- 虚拟内存必须建立在离散分配基础上。
- 访问不在内存的页触发缺页中断，由 OS 调入；内存满则按置换算法淘汰一页。
- 逻辑地址由 OS 决定，物理地址是内存单元真实地址，转换靠 MMU + 页表/快表。
常见误解
- 以为「虚拟内存 = 拿硬盘当内存」→ 更本质是定义连续虚拟地址空间，只是恰好借助外存。
- 以为「快表是页表的一部分」→ 快表是独立的页表高速缓存（TLB）。
- 以为「OPT 算法能实现」→ 无法预知未来，只能作理论基准。
关联
- 进程线程：概念卡片：进程与线程
- 总览：操作系统技术栈总览