内存分配与内存管理的一些理解
内存分配方式与内存分配算法
内存分配方式有两种，连续内存分配方式和离散内存分配方式。不同的分配方式又有不同的分配算法。
内存分配算法，其实就是：有一大块空闲的资源，如何合理地分配资源？内存分配的思想可以用到很多其他的领域。比如Java虚拟机是如何将内存分配与回收的？再比如文件系统是如何将磁盘块分配与回收的？其本质就是如何把空闲的资源分配出去，分配之后又如何回收？目标就是分配快，回收也快，而且还不浪费。那么，就需要根据资源的特点、以及应用场景做权衡从而选择何种方式进行分配与回收。
①连续内存分配方式
1）固定分区分配
将内存划分成若干个固定大小的块。将程序装入块中即可。内存划分成各个块之后，块大小不再改变。当然，划分块的方式有：所有的块大小相等；划分的块大小不相等。
这种方式，在实际的内存分配之前，就已经知道了所有的内存块大小了。
2）动态分区分配
需要一个空闲表 或者 空闲链 来记录目前系统中空间的内存区域。在内存分配时，需要查找空间表或空闲链找到一块内存分配给当前进程。
动态分区分配算法：
a)首次适应法
b)循环首次适应法
c)最佳适应法
d)最坏适应法
e)快速适应法
3）可重定位分区分配
说白了，就是增加了内存移动的功能。由于若干次内存分配与回收之后，各个空闲的内存块不连续了。通过“重定位”，将已经分配的内存“紧凑”在一块（就类似于JVM垃圾回收中的复制算法）从而空出一大块空闲的内存出来。
”紧凑“是需要开销的，比如需要重新计算 地址，这也为什么JVM垃圾回收会导致STW的原因。
而离散分配方式--不管是分页还是分段，都是直接将程序放到各个离散的页中。从而就不存在“紧凑”一说了。
连续内存分配方式涉及两种操作：内存分配操作 和 内存回收操作
②离散内存分配方式
内存资源是有限的，程序要运行，必须得加载到内存。如果内存已经满了，而现在又有新的程序要运行，怎么办？---SWAP
把当前不用的程序(数据)先换出内存，从而就有空间 加载当前需要运行的程序的一部分数据进入内存，这样大大提高了内存的利用率。
由于牵涉到换入与换出，前面的连续内存分配方式就有点不适用了。因为，最明显的一个问题：对于连续内存分配方式，究竟换出哪部分数据呢？
而这种只装入部分"数据"就可以使程序运行的机制，就是虚拟存储器的本质。
1）分页存储管理
将进程的逻辑地址空间分成若干大小相等的页面；同时，也将物理内存分成相等大小的页面(称为块或frame)。在为进程分配内存时，以块为单位将进程的若干页 可以 装入到内存中多个不邻接的物理块中。
从上可以看出：“离散” 体现在：进程在内存中分配的空间(物理块)是不连续的。而对于连续分配方式，进程在内存的分配的空间是连续的。
现在考虑32位系统，每个物理块的大小为4KB。如何把逻辑地址 转换成 物理地址？
对每个进程而言，都有着自己的页表。页表的本质就是逻辑地址到物理地址的映射。
分页存储中的逻辑地址的结构如下：
1）由于进程的逻辑页面大小与物理块(页帧)大小相同，故都为4K，因此需要12个位表示4K的大小（2^12=4K），即图中的【0-11】
2）【12-31】表示的是页号。一共有20个位表示页号，也即：对于一个进程而言，一共可以有1M(2^20=1M)个页。
3）每个进程的逻辑地址空间范围为0-2^32-1，因为：每个页大小为4K，一共有1M个页。故进程可用的逻辑空间为2^32B
逻辑地址到物理地址的转换需要用到页表。具体细节是有一个“地址变换机构”，它有一个寄存器保存页表在内存的起始地址 以及 页表的长度。
上面提到，一个进程最多可以有1M个页，故页表就有1M个页表项。假设每个页表项只有1B，那页表的大小也有1MB，所以：一般而言，页表也是很大的，不能全放在寄存器中，故页表也是存储在内存中的。（有些机器有“快表”，快表就是一个寄存器，它保存了页表中的部分表项）；其次，也可以使用多级页表以解决单个页表太大的问题。
那现在给定一个逻辑地址，怎么知道其物理地址呢？
①将【12-31】位的页号与 页表的长度比较。页号不能大于页表长度，否则越界。
②根据页号 找到 该页号所在的页表项，即该页号对应着哪个页表项。因为，页表项里面就存放着物理地址。
那如何查找页表项呢？将页号乘以页表项的长度（每个页表项，其实就是一个逻辑的页 到 物理页 的映射信息），就知道了该逻辑页对应着哪个页表项(根据页号匹配页表项一般是由硬件完成的)
然后，正如前面提到，页表也是保存在内存中的，故需要页表的内存始址（这是也为什么地址变换机构 保存 页表在内存的起始地址的原因），将页表始址 与 上面的乘积相加，就得到了该逻辑页对应的页表项的物理地址。读这个页表项的物理地址中的内容，就知道了该逻辑页对应的物理块地址（物理地址）。从而，就完成了逻辑地址到物理地址的转换。
从上面可以看出，CPU每存取一个数据时，需要两次访问主存。一次是访问页表项的物理地址，得到了数据的物理块地址。第二次拿着物理块地址去取数据。
在分页存储管理方式下：由于取一个数据，需要二次访存，CPU处理速度降低了一半，正由于这个原因：引入了“快表”(又称TLB(Translation Lookaside Buffer))，快表是个寄存器，用来保存那些当前访问过的页表项。从而，读页表项时，不需要再访存了，而是直接从寄存器中读取。
虚拟存储器
谈到虚拟存储器，总是说它从逻辑上扩充了内存的容量，why?
内存是有限的，作业初始时保存在磁盘上的，如果要运行，必须得将相应的程序(数据)加载到内存中。那如果要运行的作业特别多，无法一下子装入内存，怎么办？
一种方式是加内存条，这是从物理上扩充内存的容量。
另一种方式是：先把作业的一部分程序(数据)装入内存，先让它运行着，运行过程中发现： 咦，我还需要其他的数据，而这些数据还未装入内存，因此就产生中断(缺页中断)再将数据加载到内存。
采用这种方式，系统一次就可以将很多作业装入内存运行了。这时，从物理上看，内存还是原来的大小，但是它能运行的作业多了，因此说从逻辑上扩充了内存。
将虚拟存储器这种思想与分页存储管理结合，一次只将作业的部分页面加载到内存中，形成了一个强大的内存分配与管理系统了。引入了虚拟存储器，同样需要有页表，记录逻辑地址到物理地址的映射，只不过此时的页表更复杂了，因为，有些页可能还在磁盘上。；还需要有缺页中断处理机构，因为毕竟只将一部分数据装入内存，会引起缺页中断嘛，就需要处理中断嘛；还需要地址变换机构，这里的地址变换机构功能更多，因为需要处理中断情况下的地址变换。
2）分段存储管理
与分页比较相似，不介绍了。
