计算机操作系统：内存篇

关于内存部分的个人总结

操作系统的内存管理方式
1、操作系统给每个进程都分配一套独立的地址空间，我们叫虚拟内存。然后虚拟内存又映射到物理内存，使得每个进程只需要关心自己的虚拟内存即可。而且虚拟内存通过交换技术可以使用比物理内存更大的空间，让我们感觉内存好像变大了一样(注意：new/malloc是不可以超过物理内存大小的)。
2、操作系统会把虚拟内存分段和分页来进行管理，分别通过段表或页表进行物理内存的映射。分页就是把虚拟内存和物理内存都切成一个个固定大小的快，一般是4k，通过页表进行映射。内存的分配也是页面为单位，所以分页的好处是没有外部碎片，置换方便，但会有内部碎片。分段就是根据程序的逻辑把内存分为栈区、文件映射区、堆区等，是为了更好的内存管理，我们平时经常注意就是栈堆。
3、页表记录着物理地址和虚拟地址的映射。若页表没查到即缺页，会产生缺页中断，若内存还够，直接把缺页加载进内存，若不够，就根据页面置换算法把空闲页置换出去，加载缺页。
4、页面置换算法：先进先出、LRU(最长时间未访问的)、LFU(置换访问次数最少)

页面置换算法：
先进先出FIFO：置换在内存时间最长的页面。
LRU**:置换最长时间没被访问的，即假设他未来很长时间也不会被访问。哈希链表实现，开销大(每次访问页面都要调整链表)。
时钟页面置换：兼顾lru和FIFO，把所有页面保存在类似钟面的环形链表，表针指向时间最长的页面，每个页面都有一个访问位(加载进内存设为0表示页面尚未被访问，为1表示被访问过)，需要置换时，检查表针指向的页面，若访问位为0就置换它，把新页面插入到该位置，表针前移一个页面，若是1就改为0，继续前移直到找到访问位为0的页面。
最不常用算法LFU：置换访问次数最少的页面。只考虑效率没考虑时间，很容易误伤最近频繁访问的。

linux虚拟地址空间 即内存分区

高地址->低地址：
栈：由编译器自动分配回收，存放局部变量，形参。
文件映射区，如mmap系统调用。
堆：由程序员手动申请释放。
全局区：存放全局/静态变量，可细分为三个：
1 bss段：存储未初始化的全局变量和静态变量。
2 data段：存已初始化的全局/静态变量
3 只读段(虚函数表就存在这)。
代码区：存代码,如所有的函数代码。

内存满了会发生什么：先后台异步回收内存，若跟不上进程申请速度，就直接回收(同步，会阻塞进程)。若直接回收后还不够，触发OOM机制根据算法选择一个杀死，直到内存足够。哪些内存可以被回收：内核缓存的数据、不常用的先置换出去，然后回收内存。
空闲空间管理策略：空闲表记录、空闲链表连起来、位图：2进制的每一位表示一个盘块是否使用。
操作系统进行内存管理要做什么：内存的分配、回收、逻辑扩充、地址转换、内存保护
内存分配方式：连续分配、非连续分配。连续分配有单一连续分配(一道程序占整个用户空间)、多分区分配、动态分区分配(不预先划分分区)。非连续分配：分页(等大分区，常见的页面置换，会有内部碎片)、分段(按需分配，会有外部碎片)、段页结合。
内存动态分区分配算法：也是连续分配。4大算法：
首次适应：空闲分区按地址递增的顺序排列，每次顺序查找找到第一个满足大小的分区，最简单，综合性能最好
最佳适应：空闲分区按容量递增的顺序排列，每次顺序查找找到第一个满足的分区，这种可以保留大分区，但会产生很多小的内部碎片，且回收分区空闲链表重新排序。
最坏适应：按递减排序，先用最大的，他会把大内存用完，也有缺点。
邻近适应：每次从上次查找结束的位置开找，拍成循环队列，他也会使大分区被用掉。

地址转换过程：当分配虚拟内存后，会把他和物理内存映射到页表上。就是计算：每页为1KB。假定用户程序的页表如下所示。请计算逻辑地址0A5CH所对应的物理地址。
页内地址位数：1kb=2^10,即10位
逻辑地址= 页号 页内地址(就是拼接)，即0000 10 10 0110 1100，得到页号，查页表，若越界触发缺点中断，查表得到内存块号，物理地址= 块号 页内地址，再化为16进制。
快表：之前进行地址转换差的的内存的页表也叫慢表，快表是速度比内存快很多的寄存器，存放最近使用过的页表项，以加速地址转换。所以若有快表，先查快表，命中就结束，未命中就查页表，然后把页表项拷贝到快表。
内部碎片:分配给进程的内存有一部分没用上
外部碎片：某些空闲区很小难以利用。
如何消除外部碎片：紧凑技术，对内存整理；或者内存交换。