3、内存管理篇
3.内存管理篇
基础概述
3.0 内存管理的功能？
内存的分配和回收
地址变换：程序的逻辑地址和内存中的物理地址不一致，提供地址变换功能，将逻辑地址变为物理地址
扩充内存：借助虚拟存储技术，为用户提供比内存大的内存空间
存储保护：各个进程之间互不干扰。
3.1 虚拟地址和物理地址
虚拟地址：MMU经过转换之后制造出来的内存空间
物理地址：是虚拟地址变换后的最终地址，实打实存在的，可以根据物理地址从主存中获取
我们通过一个小例子来加深理解
打个比方，你有一本笔记本，每页都有页码，现在是空的，你可以在上边记东西。你要上语文数学英语三门课，三门课的笔记要记在基本上。显然，这三门课是混着上的，所以如果你从前往后记笔记，这三门课的内容是混起来的。
你需要不时翻找每门课的笔记，但是因为内容都是混在一起的，查找很困难，所以你想到了一个办法：记笔记的时候，记语文的页只记语文，不把其他课的内容混在一起。并且用单独的三页记录每门课的笔记的页码。你管这种记录方式叫做页表。笔记每多记一页，就在相应的学科的页表上记上笔记本页数。
于是你需要找语文第10页的时候，只要看语文的页表，发现语文第10页放在笔记本的第20页上，那么你只要翻到笔记本第20页就能看到你想要的内容了。
在这个例子中：
笔记本 -- 物理内存
笔记本页码 -- 物理地址
笔记页 -- 页框 (Page frame)
页表 -- 页表 (Page table)
页表内容 -- 页表项 (Page table entry)
语文页码 -- 虚拟地址
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3.2 覆盖和交换？
覆盖技术，就是把一个大程序划分为一系列覆盖，每个覆盖是相对独立的程序单位。把不要求同时装入内存的覆盖组成一组，称为覆盖段。
覆盖打破了必须将一个进程的全部信息装入内存后才能运行的限制，但当同时运行程序的代码量大于主存时仍不能运行。
交换技术，交换技术就是把暂时不用的某个程序及数据部分，从内存移到外存中，以便腾出必要的内存空间。但是运行程序的大小，仍然受内存大小限制。
3.3 内存分配方式
连续分配
单一连续分配
古老的操作系统，只分配一个作业到内存中，用不了的则浪费了。
这样会产生内部碎片，内部碎片的含义也很容易理解，用不了的地方，浪费了，外部碎片，还剩一点但是不足以再进行分配。
固定分区分配
比单一分配进步一点，但是给内存分块，然后进行分配，块的大小可以是固定的，也可以是不固定的。这样就可以在内存中分配多个作业，但是同样会产生内存碎片。
动态分区分配
不事先建好分区，在内存分配的过程中动态建立分区。通过空闲分区表来进行分配。
主要由有四种方法
首次适应：根据地址从小到达进行搜索，直到搜索到合适的位置。
最佳适应：将空闲分区容量，按从小到大的方式进行排序，找到合适的则进行分配
最坏适应：将空闲分区容量，按照从大到小的方式进行排序，找到合适的则进行分配。
邻近适应：是一个循环队列，不每次都从头部开始寻找，而是循环查找，直到查找到合适的地方。
非连续分配方式
非连续分配方式也很容易理解，将内存分为很多块，并创建一个页表进行保存页号和块号，类似于哈希表，可以直接通过页表，查找到程序页在内存的哪个块中。
但是这样有一个弊端，那就是需要多次访问内存，会让访问速度降低，所以我们引入快表机制，快表又叫联想寄存器，容量很小，用于保存经常访问的块号和页号。这因为有快表，所以页表总被称之为慢表。
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3.4 虚拟内存
之前说到的内存分配方法，存在这两种情况，一次性（完全存入内存才可执行），驻留性（作业长驻内存直到运行结束）一个程序中，有的代码执行很少，程序所访问的空间也很局限。
虚拟内存管理技术就是能够让作业部分装入就可以运行的存储管理技术
3.5 虚拟内存实现方式
程序装入时，将程序的一部分放入内存，而将其余部分放在外存，这时启动程序，边执行边把所需的部分调入内存。另一方面，操作系统将内存中暂时不用的放到外存中，从而腾出空间。这样看，操作系统为用户提供了一个存储容量比实际内存大的多的存储器。
虚拟内存的特征
离散性：内存中离散存储（不是专有）
多次性：多次放入
交换性：可以和暂时不用的页进行交换
虚拟性：让人觉得比实际大得多
顺便在这里提一嘴缺页中断，当内存中没有需要的页时，则会产生一个缺页中断，然后去外存中找到，并交换到内存中。
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3.6 页面置换算法
最佳页面置换：每次淘汰以后不再使用的或以后最迟使用的页面
先进先出
最近最少使用
时钟置换算法
当发生缺页中断时，算法首先检查表针指向的页面：
如果它的访问位位是 0 就淘汰该页面，并把新的页面插入这个位置，然后把表针前移一个位置；
如果访问位是 1 就清除访问位，并把表针前移一个位置，重复这个过程直到找到了一个访问位为 0 的页面为止；
最不常用算法
页面缓冲算法
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3.7 管理方式
在操作系统中，进程是以页为单位加载到内存中的，按需分页是一种虚拟内存的管理方式。在使用请求分页的系统中，只有在尝试访问页面所在的磁盘并且该页面尚未在内存中时，也就发生了缺页异常，操作系统才会将磁盘页面复制到内存中。
3.8 抖动和缺页率
抖动：若选用的置换算法不合适，可能会出现这种现象，刚被淘汰的页面，过后不久又要访问，调入不久又调出，如此反复，使得大部分时间用在页面的调入调出上，几乎不能完成有效的工作。
缺页率：也就是进行页面交换的次序。
belady异常：随着分配物理块数的增加而增加，这种奇怪的现象就是belady异常。
