《现代操作系统》笔记-内存管理1
写在前面
鄙人是一个初入职场的码畜，由于爱好希望多看一些计算机方面的资料。同时因为平时工作时一直打代码，已经很头疼了，因此希望在下班后了解一些不需要打代码的技术，操作系统就自然而然成了选择（不就是懒么，说这么多）。
之前看过网上的评论，《现代操作系统》是一本不错的书，但是中文版翻译的很不好，几乎像是扔进百度翻译直接拿出来的。我在网上找过一些资源，确实如此。于是购入了英文版。无奈英语不好，而且有些复杂的句子就看不太懂了，因此用中文的电子版作参考#(滑稽)
对于这本书，作者有的部分写的很详细，有的部分则是一带而过。我觉得，学习这本书并不是要仔仔细细的了解每个细节，因为体现细节的是源代码，文字的描述多少会有偏差；但是也不能浅尝辄止。而是要学习了解设备，软件发展的过程，解决问题、安排调度的主要思路，它们的优势缺点和解决方法。如果作者给出了代码，则应当仔细斟酌。
这本书鄙人也正在看，希望以写博客为动力，每周学习，每周更新。已经看到了“内存管理”，就从这开始吧，之前的慢慢补上。
内存管理
操作系统的工作：跟踪内存的使用，在需要时分配内存，在用完后回收内存。
内存抽象的演化过程
1. 无内存抽象
某一时间只可能有一个运行的程序在内存中，但可以通过在内存和硬盘中的反复交换，达到同时运行多个程序的目的
图(a)常用于之前的大型机和迷你电脑，现在很少使用
图(b)常用于手持电脑和嵌入式设备
图(c)常用于早期的个人电脑
因为(a)和(c)的操作系统在RAM中，因此程序可能有擦除操作系统的风险
在IBM 360中，内存中可以存在多个进程，使用“保护键”来限制程序对内存的访问。只有当程序状态字(PSW)与内存中的Key一致时，才允许访问
缺陷：尽管多个可以在内存中同时存在(顺序存放)，但将每个程序中书写的地址直接当作要访问的地址来使用，而不是相对自身放置的位置的地址，就会访问到其它程序中。(见下图)
解决：每个程序访问自己的地址集——静态地址重定位(static relocation)。在程序载入时，将程序中的地址通过计算变为内存中的实际地址(程序中的相对地址变为绝对地址)。但这样的缺陷是：
- 程序载入时需要计算，因此速度会变慢；
- 需要区分哪些数字是地址，哪些数字是操作的数值。
虽然无内存抽象应用在大型机上的历史距今已经很久远了，但在现在的收音机、洗衣机等嵌入式设备中很普遍。因为所有程序已经提前写好，并且用户无法改变其中的程序，因此无需内存抽象。
2.一种内存抽象：地址空间
无内存抽象的缺点：用户程序可以随意访问内存，有可能损坏操作系统；难以实现多个进程同时运行
(1)地址空间 (address space)：
一个进程可以使用的一段内存的地址合集
由此产生：基地址寄存器和界限寄存器
程序载入时(需要连续的内存)，基地址寄存器设为程序在内存中的起始地址，界限寄存器设为程序的长度。程序载入时，不进行地址重定位。而是在访问内存时，有硬件加上基地址寄存器中的值后再访问(动态地址重定位(dynamic relocation))。缺点是，每次访问内存都要计算(基地址寄存器)和比较(界限寄存器)
(2)交换(swapping)：
内存不足以容纳所有的进程，在内存和硬盘中随程序的运行来回交换。 另一种解决的方法是使用“虚拟内存(virtual memory)”。
内存压缩(memory compaction)：不同程序反复移入、移出内存，中间小的内存区域会越来越多，需要合并为大的内存空间以供继续分配。缺点是太耗时，很少使用
如果进程的数据段部分会增长，切没有相邻的空闲空间可以使用，它或其它相邻的进程就必须移出，以创造更大的空间使用。
(3)管理空闲内存
方式：位图和链表
位图：内存被分为小到几个字和大到几K的基本单元，在位图中用0表示空闲，1表示正在使用。位图的大小取决于内存的大小和基本单元的大小。
优点：方式简单
缺点：在位图中查找指定长度的连续空间是耗时的操作
链表：每个节点由 空闲(Hole)/使用(Process)标志位、开始地址、长度、下一个节点指针 组成，按地址顺序排序，优点是当内存被换出时，更新表的操作比较直接。由于进程表中通常由指向内存链表某一节点的指针，因此通常实现为双向链表，以便于向前向后查找，合并空闲区域。
(4)为新调入的进程分配内存的算法
a. 首次适配(first fit)
找到第一个足够大的空间并为其分配。
优点：算法简单，查询少
b. 下次适配(next fit)
保存每一次查找的位置，下次查找时从保存的位置开始查找
c. 最佳适配(best fit)
遍历，找到最小的且足够使用的区域
缺点：需要遍历查找，而且更容易产生小的无用的空闲区域(最佳适配往往找到的合适空间难以完全与需求空间相等，而是会略大一点，因此会剩下小的区域)
d. 最差适配(worst fit)
总是寻找最大的空间来分配
以上几种可以有一些改进
稍微改进1： 把链表分开为进程链表和空闲链表来加速查找(是否在使用)。但在回收内存时，速度会降低(需要操作两个链表)。
稍微改进2： 将空闲区的链表按空闲区域大小顺序排序。首次适配和最佳适配效果相同，下次适配失去意义。
稍微改进3： 在空闲区的直接写入开始地址，大小，下一个节点等指针信息，而不必再用专门的节点。
e. 快速适配(quick fit)
维护几种常用长度的空内存链表，4K、8K、12K。
所有将链表分开的的策略都会有的问题：查找相邻合并区域的代价很高。
