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第五章 内存管理：分页、分段与虚拟内存
1. 为什么需要地址转换
第二章说过，每个进程都以为自己独占一条从 0 开始的内存。这当然是假象——物理内存只有一条，凭什么每个进程都觉得自己从地址 0 开始？
答案：程序里写的地址是逻辑地址（也叫虚拟地址，程序视角的门牌号），真正访问内存时由硬件把它翻译成物理地址（内存条上的真实位置）。这次翻译不是多此一举，它一口气解决三个问题：
- 重定位：程序编译时不知道自己将来被装进内存哪个位置。有了翻译层，程序统一按"从 0 开始"编址，装到哪儿都能跑。
- 保护：每个进程只能通过自己的翻译表访问自己的内存，翻译表里没有的地址一律拦截——进程再嚣张也摸不到别人的数据。
- 共享：想让两个进程共用一段代码（比如同一个库），只需让两张翻译表指向同一块物理内存。
一句话点透：逻辑地址是操作系统发给每个进程的"专属幻觉"，翻译由硬件中的内存管理单元 MMU 在每次访存时自动完成。
2. 连续分配与碎片
最朴素的做法：给每个进程分一段连续的物理内存。分法有固定分区（预先切成固定大小的格子）和动态分区（按需切割）。动态分区释放回收后，内存里会留下大小不一的空闲块，于是有了"挑哪块"的策略：
| 策略 | 规则 | 优缺点 |
|---|---|---|
| 首次适应 | 从头找，遇到第一块够大的就用 | 简单，通常综合表现不差；低地址端易碎 |
| 最佳适应 | 挑能装下的最小空闲块 | 听着节省，实际制造大量装不了东西的小碎屑 |
| 最坏适应 | 挑最大的空闲块切 | 剩下的仍较大还能用；但大块很快被消耗殆尽 |
注意反直觉结论：最佳适应不是最佳——它专门产生极小的、几乎无法再利用的空闲碎屑。
2.1 内碎片与外碎片辨析（高频考点）
| 碎片类型 | 定义 | 产生场景 | 白话比喻 |
|---|---|---|---|
| 内碎片 | 分给进程的块内部用不完的部分 | 固定分区、分页 | 4 人开了 6 人包间，空 2 座但别人不能坐 |
| 外碎片 | 空闲区太零散，总量够但没有一块连续的够大 | 动态分区、分段 | 停车场空位总面积够停卡车，可惜全是零散小格 |
记法：分固定大小的都产生内碎片，按需分配连续区域的都产生外碎片。外碎片可用"紧凑"（把进程挪到一起拼出大空闲区）缓解，但搬家开销大。想根治外碎片，就要放弃"连续"这个执念——这就引出了分页。