作業系統設計/記憶體管理
記憶體管理是指作業系統如何處理可用記憶體的術語。它在多個級別進行管理。
在最基本的層面上，有物理記憶體。物理記憶體的大小是系統中安裝的所有記憶體模組（如 DDR SDRAM）的容量總和。例如，當您在系統中安裝了兩個 512 MiB 的 DDR SDRAM 模組時，作業系統將可以使用 1 GiB 的物理記憶體。
在物理記憶體之上是分段記憶體。它使用記憶體管理單元 (MMU) 將邏輯地址（指定段和偏移量）轉換為物理地址（或線性地址）。這使得早期的計算機能夠定址超過 64 KiB 的記憶體。今天大多數作業系統不使用分段記憶體模型，而更傾向於使用分頁。
分頁記憶體模型使用 MMU 將虛擬地址轉換為物理地址。使用分頁，可以將多個 4 KiB 大小的塊（稱為頁面）對映到任何虛擬地址。例如，物理記憶體中偏移量為 0x1000 的資料可能對映到虛擬記憶體中地址為 0xC0000000（偏移量為 3 GiB）的地址，即使系統可能只有 32 MiB 的物理 RAM 可用。訪問地址 0xC0000000 處的資料在內部訪問物理地址 0x1000 處的資料。這為程序提供了自己的虛擬地址空間，其中只包含該單個程序所需的程式碼和資料，而其他所有內容都隱藏起來。這樣，一個程序就無法破壞另一個程序的程式碼或資料，從而提高了安全性 and 可靠性。
使用分頁，記憶體以 4 KiB 大小的塊進行管理。大多數應用程式需要能夠獲取一小部分記憶體來儲存資料。記憶體分配器獲取一大塊記憶體（例如，4 個頁面，或 4 * 4 KiB），並將其劃分為更小的塊（例如，16 位元組的塊和 6 位元組的塊），並在請求時將其提供給應用程式。
許多語言和一些作業系統使用一種稱為堆的分配記憶體形式，它本質上是一個大的空間，可以在其中使用和重複使用記憶體。與堆相關的還有進行垃圾回收的需要，其中未分配的空間被合併形成更大的空間，堆從最終發生的碎片中恢復過來，這種碎片發生在使用同一空間的記錄的大小在不同時間不一致時，並且被保持活動的其他分配空間保護。碎片效應會導致許多小的不可用空間散佈在堆中。垃圾回收可能包括將分配的記憶體從一個位置移動到另一個位置，以便釋放更多空間。為了使記憶體對記憶體透明，分配單元地址不能與公共地址相同，但公共地址必須是對包含分配單元地址的查詢表的引用。然後，垃圾回收器可以將資料的副本寫入新地址，然後在刪除原始資料並允許合併過程恢復空間之前更改查詢表地址。另一種技術是引用每個分配記憶體單元的起始點和結束點，當釋放記憶體單元時，測試其前後單元是否為自由單元，如果是，則重新分配包含所有連續自由部分的較大塊。在分配過程中，分配工具將從自由部分列表的頂部開始，查詢是否有一些部分與請求的大小完全相同，如果是，則選擇第一個符合條件的部分，如果沒有找到完全相同大小的部分，則選擇下一個最大的部分。垃圾回收可以連續進行，也可以在使用率低的時間進行，最終需要注意的是，如果找不到使用率低的時間，垃圾回收會導致整個計算機在碎片變得難以處理時暫時變慢。