动态存储管理
计算机操作系统运行时分配内存的技术
动态存储管理是计算机操作系统为运行中程序动态分配内存空间的核心技术,属于连续分配管理方式的子类。该技术通过可利用空间表实现内存分配,采用目录表或链表结构进行管理,其中链表结构包含最先适应法、最优适应法、最坏适应法等分配策略。在多程序并发执行环境中,其解决了内存资源碎片化问题,通过边界标识法实现空闲块合并,并采用存储压缩技术提高内存利用率。C语言通过mallocfree等标准库函数提供动态存储管理接口,支持程序运行时按需分配存储空间。2025年前沿研究表明,基于形式化验证的存储管理器可通过定理证明工具确保内存操作安全性。
技术原理
该技术需处理多程序并发时的存储需求冲突,通过动态分割与合并空闲区域实现内存共享。在可变分区管理模式下,系统运行期间会产生四种内存状态:全空闲、部分占用、全占用及回收后待合并。
分配策略
根据空闲块链表遍历方式不同,2018年公布的计算机科学技术标准定义三种典型算法:最先适应法、最优适应法、最坏适应法:
实施过程中需设定碎片阈值参数(一般为e值),当请求容量与空闲块剩余空间差值小于e值时,将整块分配以避免碎片堆积。
回收与合并
内存释放时需执行相邻空闲块合并操作,具体采用边界标识法:
针对无法合并的碎片,存储压缩技术通过移动已分配块使空闲区域连续,但该操作会导致内存地址变更,需配合重定位机制实现。
安全验证
2025年中科院计算所提出基于Q/319逻辑的形式化验证框架:
该技术通过定理证明工具(91B)验证程序良型性,已在航天嵌入式系统等领域实现应用验证。
编程实现
C语言标准库提供四类核心函数:malloc(分配存储)、calloc(计数分配并初始化)、realloc(调整存储块大小)和free(释放存储)
典型应用场景包括:
开发规范要求每次分配后必须检查返回值,避免越界访问,并通过引用计数机制防止内存泄漏。截至2020年,北京大学教学案例显示动态数组扩容的时间复杂度需控制在O(n)以内。
参考资料
7.6 动态存储管理.北京大学主页.2020-04-16
最新修订时间:2025-10-24 06:43
目录
概述
技术原理
分配策略
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