【操作系统】 - Operation System 第三章 连续式内存分配

3.1 计算机体系结构及内存分层体系

    （1）计算机体系结构

• CPU
• 内存
• I/O

    （2）操作系统在内存管理要完成的目标

  抽象：逻辑地址空间
  保护：独立地址空间
  共享：访问相同内存
  虚拟化：更多的地址空间

    （3）操作系统实现内存管理目标的手段

  程序重定位
  分段
  分页
  虚拟内存
  按需分页虚拟内存

3.2 地址空间与地址生成

    （1）地址空间的定义

  物理地址空间：硬件支持的地址空间
  逻辑地址空间：一个运行的程序所拥有的内存范围

    （2）地址空间的生成

        编译 -》 汇编 -》 链接 -》 载入到内存

    （3）应用程序的逻辑地址是如何映射到物理地址

        CPU方面

  a. 运算器ALU需要在逻辑地址的内存内容(CPU要逻辑地址)
  b. 内存管理单元MMU寻找在逻辑地址和物理地址之间的映射(然后MMU找逻辑和物理地址的关系)
  c. 控制器从总线发送在物理地址的内存内容的请求(关系找到后，去找对应物理地址)

        内存方面

  内存发送物理地址内存内容给CPU(物理地址找到了，给CPU)

        操作系统方面

  建立逻辑地址和物理地址之间的映射(确保程序不相互干扰)

    （4）地址安全检查

  确保每个程序有有效的访问空间

 

3.3 连续内存分配：内存碎片与分区的动态分配

    （1）内存碎片问题： 空闲内存不能被利用

  外部碎片：在分配单元间的未使用内存
  内部碎片：在分配单元中的未使用内存

    （2）简单的内存管理方法：

  当一个程序准许运行在内存中时，分配一个连续的区间
  分配一个连续的内存区间给运行的程序以访问数据

    （3）分区的动态分配策略

        首次适配

  内容：现在想分配n字节，从低地址开始找，碰到的第一个空间比n大的空闲块就使用它。
  要想实现首次分配，需要满足以下条件：
  1.需要存在一个按地址排序的空闲块列表
  2.分配需要找一个合适的分区
  3.重分配需要检查，看看自由分区能不能与相邻的空闲分区合并(形成更大的空闲块)

  优点
  1.简单
  2.易于产生更大的空闲块，向着地址空间的结尾

  缺点
  1.外部碎片的问题会加剧
  2.不确定性

        最佳适配

  内容：为了分配n字节，使用最小的可用空闲块，以致块的尺寸比n大。
  目的：避免分割大的空闲块；最小化外部碎片产生的尺寸。
  要想实现最佳分配，需要满足以下条件：
  1.按尺寸排列的空闲列表
  2.分配需要寻找一个合适的分区
  3.重分配需要搜索和合并于相邻的空闲分区，若有

  优点：
  1.大部分分配是小尺寸时很有效
  2.简单

  缺点：
  1.外部碎片
  2.重分配慢
  3.易产生很多没用的微小碎片

        最差适配

  内容：为了分配n字节，使用最大的可用空闲块，以致块的尺寸比n大。
  目的：避免太多的微小碎片
  要想实现最差分配，需要满足以下条件：
  1.按尺寸排列的空闲列表
  2.分配很快(获得最大的分区)
  3.重分配需要合并于相邻的空闲分区，若有，然后调整空闲块列表

  优点：
  假如分配时是中等尺寸效果最好

  缺点：
  1.重分配慢；外部碎片
  2.易于破碎大的空闲块以至大分区不能被分割

3.4 连续内存分配：压缩式与交换式碎片整理

    （1）压缩式碎片整理(紧致)

  重制程序以合并孔洞
  要求所有程序是 动态可重置的

  问题：
  1.何时重置
  2.开销

    （2）交换式碎片整理

  运行程序需要更多的内存
  抢占等待的程序或回收它们的内存(把暂时不用的内容挪到磁盘里)