【操作系统复习】408王道视频总结 第三章：内存管理

这是我自己看王道系列视频总结的，我是在专注笔记里写好然后粘过来的（给大家安利专注笔记，是我用过无数笔记软件后留下的😂），需要原笔记文件的可以给我评论哈

第一章计算机系统概述 总结：https://blog.youkuaiyun.com/Tangli_yzy/article/details/113737141

第二章进程管理 总结：https://blog.youkuaiyun.com/Tangli_yzy/article/details/113772355

第三章内存管理 总结：

 

内存管理/存储器管理

内存基础知识

• 内存：存放数据。用于缓和CPU和硬盘之间的速度矛盾
• 进程运行的基本原理
  • 指令的工作原理：指令的工作基于地址
  • 逻辑地址vs物理地址
    • 逻辑地址：相对于进程起始地址而言
    • 物理地址：实际地址
  • 如何实现地址转换
    • 绝对装入：先前就知道程序将放到哪个位置，编译连接后直接使用物理地址（适用于单道程序环境）
    • 可重定位装入：在程序装入内存的时候进行“重定位”，逻辑变为物理。特点：在一个作业装入内存时必须分配其要求的全部内存空间；进入内存后，运行期间就不能移动，也不能再申请内存空间
    • 动态运行装入：把地址转换推迟到程序真正要执行时才进行，所以装入内存后依然是逻辑地址。需要重定位寄存器（粗放装入模块存放的起始位置）。允许程序在内存中移动，并且可将程序分配到不连续的存储区中;在程序运行前只需装入它的部分代码即可投入运行,然后在程序运行期间,根据需要动态申请分配内存;便于程序段的共享,可以向用户提供一个比存储空间大得多的地址空间。
  • 从写程序到程序运行的过程
    • 
    • 编辑 源代码.c文件
    • 编译成目标模块 .o文件
    • 链接成一个完整的装入模块（可执行文件） .exe文件
    • 装入：地址转换，装入内存运行
    • 3种链接方式：
      • 静态链接：在程序运行之前，将各个目标模块及所需要的库函数连接成一个完整的可执行文件（形成完整的逻辑地址），之后不再拆开
      • 装入时动态链接：将各个目标模块装入内存时，边装入边链接的链接方式（边装入边形成逻辑地址）
      • 运行时动态链接：在程序执行中需要该目标模块时才进行装入并链接（不需要的模块不用链接）。便于修改和更新和实现对目标模块的共享，也可提升对内存的利用率。

内存管理的概念

• 内存空间的分配与回收
  • 连续分配管理方式
  • 非连续分配管理方式
• 内存空间的扩充（实现虚拟性）
  • 覆盖技术（下节）
  • 交换技术（下节）
  • 虚拟存储技术
• 地址转换/重定位
  • os负责实现地址转换
  • 三种装入方式（上节有）
• 存储保护
  • 在CPU中设置一对上下限寄存器，存放进程的上下限地址。进程的指令要访问某个地址时，CPU检查是否越界
  • 采用重定位寄存器（起始物理地址）和界地址寄存器（最大逻辑地址）进行越界检查。

覆盖与交换

• 覆盖技术：解决程序大小超过物理内存总和的问题（现在已经不使用了）
  • 思想：将程序分段，常用的段常驻内存，不常用的需要时调入；内存分为一个固定区（常用段，调入后直到运行结束才调出）和若干个覆盖区（不常用段）。按照程序的逻辑结构，不可能被同时访问的程序段共享一个覆盖区。
  • 必须由程序员声明覆盖结构，os完成自动覆盖
  • 缺点：对用户不透明，增加了用户编程负担
• 交换技术：进程在内存与磁盘间动态调度
  • 中级调度（内存调度）：决定将哪个处于挂起状态（暂时换出外存等待）的进程重新调入内存
  • 在外存的什么位置保存被换出的进程？对换区
    • 磁盘空间：
      • 文件区：存放文件，追求存储空间的利用率，采用离散分配方式
      • 对换区（小部分）：追求换入换出速度，采用连续分配方式，IO速度比文件区快
  • 什么时候交换？许多进程运行且内存吃紧时，系统负载降低时暂停
  • 换出哪些进程？优先换出阻塞进程，优先级低的进程，有时还考虑进程在内存的驻留时间（避免优先级低的被调入内存后很快调出产生饥饿）
  • PCB会常驻内存，不会被换出

连续分配管理方式

连续分配：为用户进程分配的必须是一个连续的内存空间

内部碎片：分配给某进程的内存区域中，有的地方没用上

外部碎片：内存中某些空闲分区由于太小而难以利用

• 单一连续分配
  • 内存分为系统区和用户区
  • 内存用户区同一时间中只能有一道用户程序
  • 优点：实现简单，无外部碎片，可采用覆盖技术，不一定需要采取内存保护（因为只有一道程序）
  • 缺点：只能用于单用户单任务的os中；有内部碎片，内存利用率低，存储器利用率极低
• 固定分区分配：整个用户控件划分为若干固定大小的分区，每个分区只装入一道作业。需要分区说明表（各个分区的大小、起始地址、分配状态）
  • 分区大小相等：适合用一台计算机控制多个相同对象的场合
  • 分区大小不等：灵活，可满足不同大小的进程需求，根据常在系统中运行的作业大小情况进行划分
  • 优点：实现简单，无外部碎片
  • 缺点：当用户程序太大，则必须使用覆盖技术（会降低性能）；会产生内部碎片，内存利用率低
• 动态分区分配：不会预先划分内存分区，在进程装入内存时根据进程的大小动态地建立分区
  • os使用空闲分区表或空闲分区链记录内存的使用情况
  • 当多个空闲分区都满足需求时，采用动态分区分配算法进行分配
  • 如何进行分区的分配和回收：
    • 回收：如果发现有一些空闲分区时相邻的，那么需要将它们合并
    • 分配：没有内部碎片，有外部碎片（用“紧凑”技术解决）
  • 应采用动态重定位装入方式（便于进程移动位置，实现紧凑）

 

动态分区分配算法

• 首次适应算法First Fit：从低地址进行查找，找到第一个能满足大小的分区
  • 缺点：每次都从低地址查找，导致低地址部分出现很多小的空闲分区
  • 综合看性能是最好的，算法开销小，回收分区后不需对空闲分区队列重新排序
• 最佳适应算法Best Fit：优先使用更小的空闲区，尽可能多地留下大片空闲区（保证大进程到时能有连续的大片空间）
  • 缺点：会产生很多很小的外部碎片，算法开销大，回收分区后可能需对空闲分区队列重新排序
• 最坏/大适应算法Worst Fit：优先使用更大的空闲区，这样剩下的空闲区就不会太小，更方便使用
  • 缺点：导致大的连续空闲区迅速用完，大进程可能没有空间可用；算法开销大，回收分区后可能需对空闲分区队列重新排序
• 邻近适应算法Next Fit：每次都从上次查找结束的位置开始检索（减少了开销），其他的和首次适应算法相同
  • 缺点：导致高低地址部分的空闲分区有相同概率被使用，高地址部分的大分区更可能被使用划分成小分区，最后导致无大分区可用（最大适应算法的缺点）
  • 算法开销小（理由同首次适应算法）