信息技术大学
内存管理
计算机基础面试八股 · 第 2 章 操作系统
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计算机基础面试八股 · 第 2 章 操作系统
虚拟内存与多级页表
每个进程都有独立的大地址空间：虚拟地址经多级页表翻译成物理地址。
地址翻译
虚拟地址按页映射物理页，MMU 查页表完成
多级页表
树形分层，未使用的分支不建表，省内存
TLB 缓存
翻译结果缓存，命中可免多次访存
隔离保护
进程地址空间独立，互不可见不可越界
缺页中断与页面置换算法
访问的页不在内存就触发缺页中断：内核调入页面，内存满就要挑一个牺牲者。
缺页中断
访问未映射页触发，内核从磁盘调入该页
LRU
淘汰最久未使用的页，贴近热点但维护贵
时钟算法
环形扫描访问位，LRU 的低成本近似
局部性
时间与空间局部性是置换有效的前提
分段与段页式内存
分段按逻辑单元划分，分页按固定大小切；段页式先分段再分页，两全其美。
分页
固定大小切分，外部碎片为零
分段
按代码/数据等逻辑段划分，便于共享与保护
段页式
段内再分页，逻辑清晰兼碎片可控
内存泄漏与排查手段
泄漏是拿了不还：长期服务内存爬升不回落，要靠工具定位到分配点。
成因
忘记释放、失去引用、缓存无界增长
表现
内存单调爬升，最终 OOM 被系统杀掉
排查
堆快照对比、分配追踪、profiling 工具
内存池思想
频繁 malloc/free 有开销与碎片：一次批发，零售使用，池化复用。
预分配
启动或初始化时批发大块内存
固定分级
按尺寸分级池化，分配释放 O(1)
收益
降低碎片，分配路径走缓存提速
本节要点
- ✓虚拟内存隔离进程，页表负责翻译
- ✓TLB 命中免访存，缺页中断来补页
- ✓时钟算法是 LRU 的廉价近似
- ✓池化：批发大块零售使用
延伸主题：写个 LRU 模拟置换抓一次进程内存曲线
课后思考
先自己回答，再展开参考答案——能讲出来才算真懂。
1TLB 为什么至关重要？没有它会怎样？
参考答案多级页表意味着一次地址翻译要多次访存，每次访存都翻倍变慢；TLB 把翻译结果缓存起来，命中率通常 95% 以上，没有它虚拟内存的性能根本不可用。
2LRU 理论最优却少有直接实现，为什么？
参考答案精确 LRU 每次访存都要更新时间戳或移动链表，开销太大；实践多用时钟算法等近似，只扫访问位，牺牲一点命中率换来 O(1) 的维护成本。
3内存泄漏在带 GC 的语言里还会发生吗？
参考答案会。GC 回收的是「不可达」对象；被全局 Map、静态集合、监听器长期引用的对象永远可达，就是泄不走。无界缓存是 GC 时代最常见的泄漏形态。