9. Управление памятью. Часть 1 | Операционные системы и сети 2025

Это первая часть лекции, посвящена тому, как современные операционные системы управляют памятью — от «голого железа» до виртуальной памяти и многоуровневых таблиц страниц. Мы рассмотрим память как ключевой ресурс компьютера и какую роль в этом играет ОС. Разберём ранние схемы прямого доступа к физической памяти, проблему абсолютных адресов, первые попытки многозадачности, swapping и статическую релокацию. Дальше перейдём к ключевой идее — адресным пространствам. Обсуждаем, как base/limit-регистры позволили изолировать процессы, но почему этого оказалось недостаточно. Затем вводим виртуальную память: страницы, page fault, подкачку, отличие от swapping и overlays, преимущества для многозадачности и безопасности. Значительная часть лекции посвящена страничной организации памяти (paging): виртуальные и физические адреса, таблицы страниц, структура записи PTE (биты Present, Protection, Modified, Referenced, Supervisor), защита ядра и пользовательской памяти. Наконец, мы разбираем проблему размера таблиц и приходим к многоуровневым таблицам страниц (2- и 4-уровневые схемы на x86/x86-64), а также роль TLB и больших страниц. После этой лекции у вас сложится целостная картина того, как ОС позволяет программам «думать», что у них есть своя собственная, огромная и непрерывная память, хотя на самом деле это сложная комбинация железа, алгоритмов и аккуратных структур данных. Примеры кода и задания лабораторных работ можно найти в моём github-репозитории https://github.com/alexey-malov/os-course Тайм-коды: 0:00 Вступление 1:07 Память как ресурс 7:35 Прямая адресация памяти 16:47 Адресные пространства 23:37 Swapping 31:44 Управление свободной памятью 40:46 Виртуальная память 48:58 Страничная адресация памяти 58:00 Таблицы страниц 1:08:15 Многоуровневые таблицы страниц 1:20:30 Ответы на вопросы 1:30:20 Титры