面经（二）内存管理

操作系统内存管理概述

单一连续存储

早期的程序计算机指令访问的内存地址直接就是物理地址，内存的管理方法是单一连续存储管理，内存被分为系统区和用户区，应用程序被放在用户区运行

操作系统分区

固定分区&动态分区

为了支持多道程序，多个程序并发执行，引入了分区操作系统，把内存分为很多区，操作系统占一个区，还剩下了好多个区，每个程序占一个或几个区，但不能进行内存共享，会产生内外碎片，静态分区每个区大小相同，动态分区每个区大小不同，根据程序需要操作系统动态分配大小，没有内碎片，但有外碎片

伙伴系统

为了综合考虑固定分区和静态分区，引入了伙伴系统，分区大小均为2 ^ k大小，1≤k≤m，最开始一块分区，大小为2 ^ m，大小相同的分区，用同一个链表维护，当需要分配一个长度为n的连续空间时，找到最能满足的大小，在对应的空闲分区链表中查找，如果找到了就分配，如果没有找到就找大一号的，如果在大一号的里面找到了，那把大一号的拆分成两个小一号的，把一个分配出去，把另一个放进空闲链表里，回收的时候如果是拆出来的，那么回收后把两个小一号的合并成大一号的

覆盖

在多道程序技术中，还有一个问题是，如果现在可用内存确实很小，程序员在写程序时会对程序分区，分为常驻内存和可选部分，可选部分平时存放在覆盖文件中，需要时才装入内存

交换

为了解决同样的问题，另一种方法是交换技术，整个程序不再需要划分，而是直接把不能运行的程序换出内存，这样获得的空闲内存用来跑新程序或外存里就绪的老程序

离散内存管理

这些思想都基于程序的运行需要在一段连续的内存地址内，这样的问题在于，可能物理地址有很大，但1.在32位机里，cpu只能寻址2^32个地址也就是4G，因此会有些浪费，2.当内存里运行了多个程序后，内存里都是碎片内存，3.各个进程之间共享一个物理内存，一个进程可以恶意修改别的进程的信息4.现代操作系统需要实现内存的访问控制，有的地址不是谁都能访问的，5.当一个进程在运行时，另一个进程抢占了，此时原进程需要被全部拷贝到硬盘中，然后将新程序装入内存中运行（交换）。
因此提出了将程序放在不连续的地址空间内的思想

页式

页式存储管理的思想是把内存和物理内存都划分为相同大小的分页，每个程序的内存地址和实际物理地址一样大，每个程序有一个页表，用来记录自己的页对应在物理地址中的页在哪，当然每个程序都维护一个页表是不现实的，因此实际上还有二级页表三级页表
因此，操作系统为了维护内存，给每个进程都分配4G大小的内存，这4G的虚拟地址和实际的物理地址，先被分为相同大小的一页一页（例如4k），通过页表，建立逻辑地址与物理地址之间的关系，根据程序的局部性原理，当一块内存被访问时，可能附近的内存也要被访问，因此这个页表里并不是每个逻辑地址都真的映射物理地址，只有部分确实有映射，其余页表的数据被保存在硬盘里（swap & C），当访问某一页没有映射时就会缺页中断，操作系统就赶紧把硬盘里的数据拿出来放到物理内存里，并建立好映射关系，如果确实没有空闲内存了，那就涉及到页面置换算法

段式

另一种内存管理思想是不把程序内存和物理内存分页，而是像动态分配一样，只是把程序的地址空间分为若干个段，各个段依据动态分配的思想分配，而程序整体的地址空间不必连续

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内存分区

代码段 只读数据（字符串常量）、文本存储（程序机器代码）
数据段 已初始化的全局变量和静态变量
bss段 未初始化的全局变量和静态变量以及初始化为0的全局变量和静态变量
堆区 new malloc出来的
栈区 函数、局部变量

hello world在哪个区：
文字常量区

堆和栈的区别

栈和堆的生长方向为啥不同

程序的地址空间从低地址到高地址的顺序依次是程序、数据、堆、栈、环境参数变量，堆和栈之间有很大一部分地址空间，如果堆和栈刚好相向生长就不用管堆栈中间的分界线了

内存池

深浅拷贝

浅拷贝就是指，当我们拷贝对象的时候，两个对象的指针指向了同一个内容，这时候不论是析构还是改变这个内容的值都会出错，而深拷贝是指，两个对象指向两个不同的地址，但这个地址里的内容都是一样的，具体做法是利用原对象的构造函数构造一个temp，构造函数不仅会开空间还会数据拷贝，然后将temp的指针和目的对象的指针交换即可

移动和拷贝的区别

对于不含指针的类，移动和拷贝都是值的复制，对于含有指针的类，移动与拷贝相似，只是移动会把原指针置为nullptr

申请动态内存时操作系统怎么做

malloc在分配时，实际上分配的空间大小为：用户需要的空间+用来管理的空间，一般需要满足[用户空间+sizeof(控制块)]%16 == 0。在操作系统中，所有的块都有一个用于管理的数据结构，用来记录该内存块是否可用以及块的大小，
因此malloc的过程为：先在堆中找空闲的内存块，如果找到了空闲，那么大小是否满足，如果满足直接用，如果一直没找到，那就向操作系统申请新的内存(sbrk)，把新的内存加到堆中，如果申请失败，直接返回NULL，如果有，那么越过内存控制块的大小，把实际地址返回给用户， free操作相反，直接把内存块的可用信息设置为可用就可以了