内存分配与回收
为什么要进行内存分配与回收？
◆ 确保计算机有足够的内存处理数据
◆ 确保程序可以从可用内存中获取一部分内存使用
◆ 确保程序可以归还使用后的内存以供其他程序使用
内存分配的过程
分类
单一连续分配： 单一连续分配是最简单的内存分配方式，只能在单用户、单进程的操作系统中使用
固定分区分配： 固定分区分配是支持多道程序的最简单存储分配方式，内存空间被划分为若干固定大小的区域，每个分区只提供给一个程序使用，互不干扰。
动态分区分配：根据进程实际需要，动态分配内存空间，相关数据结构、分配算法。
动态分区空闲表数据结构：
0表示没有被使用，1表示已经被使用
动态分区空闲链数据结构：
所有空闲节点连接形成链表，2-3连续所以可以看做一个节点，减少空闲节点数目。节点需要记录可以存储的容量
动态分区分配算法：
首次适应算法(FF算法)：分配内存从头开始顺序遍历寻找内存区，如果遍历整个链表没有空闲区，则该次分配失败。每次从头部开始，使得头部空间不断被划分，会有碎片出现。
最佳适应算法(BF算法)：空闲链表按容量排序，遍历空闲链表找到最佳合适空闲区。遍历时从小到大，匹配到的空闲区一定是最适合的空闲区。
快速适应算法(QF算法)：要求有多个链表，每个空闲区链表存储一种容量的空闲区如1、4 2-3，5-6。
内存回收的过程
不需要要新建空闲链表节点，把空闲区1的容量增大就行。
将回收区与空闲区1合并，新的空闲区使用回收区的地址。
三个区域合并，使用空闲区1的地址。
为回收区创建新的空闲节点，插入到相应的空闲区链表中。
段页式存储管理
页式存储管理：
页面的概念是相对于逻辑空间的定义，是进程逻辑空间的一块区域。
将进程的逻辑空间等分成若干大小的页面，相应的把物理内存空间分成与页面大小相同的物理块。
以页面为单位，把进程空间装进物理内存中的物理块去。
页面大小应该适中，过大难以分配，过小内存碎片过多，页面大小通常是512B-8K
页表：记录进程逻辑空间和物理空间映射。
多级页表：逻辑空间的页面映射物理空间的字块的页表，对应一个二级页表，这个二级页表反映的是真正的映射关系，如下图所示
按需取表，节省空间。
如果有连续的逻辑分布在多个页面中，将大大降低执行效率。
段式存储管理：
将进程的逻辑空间划分为若干段，这个段是非等分的。
段的长度由连续逻辑长度决定。
保存映射的表是段表，包括段号，基址和段长。
段式存储和页式存储的异同：
相同点：段式存储和页式存储都离散地管理了进程的逻辑空间。
不同点：
◆
页是物理单位，段是逻辑单位
◆
分页是为了合理利用空间，分段是满足用户要求
◆
页大小由硬件固定，段长度可动态变化
◆
页表信息是一维的，段表信息是二维的
段页式存储：
先将逻辑空间按段式存储分成若干不等段，再把段内空间等分成若干页。
段号-段内页号-页内地址。
虚拟内存：
如果进程需要内存很大，超过物理内存容量，多道程序设计使得内存更加稀缺。
把进程使用内存划分，将部分暂时不用的内存放在辅存。也就是先放在磁盘。
程序的局部性原理指的是CPU访问存储器的时候，存取指令还是存取数据，所访问的存储单元都趋于聚集在一块较小的区域。
程序运行时，先把部分内存装入主存，如果访问页不存在，则发出缺页中断，发起页面置换。置换后继续运行进程。从用户来看就是虚拟内存。
虚拟内存置换算法：
◆
先进先出算法(FIFO)
◆
最不经常使用算法(LFU)
◆
最近最少使用算法(LRU)
◆
替换策略发生在
Cache-主存层次、主存-辅存层次
◆
Cache-主存层次的替换策略主要是为了解决速度问题
◆
主存-辅存层次主要是为了解决容量问题
linux存储管理
Buddy内存管理算法
◆ Buddy算法是经典的内存管理算法
◆ 算法基于计算机处理二进制的优势具有极高的效率
◆ 算法主要是为了解决内存外碎片的问题
页内碎片：指的是已经被分配出去的物理内存空间大于请求所需要的内存空间，不能被利用的空间就叫页内碎片。
页外碎片：指的是还没有分配出去的物理内存，由于大小无法分配给申请内存空间的新进程的内存空闲块。
buddy算法内存分配原则：
◆ 向上取整为2的幂大小，比如需要70k内存，那么分配的就是2^7=128k
伙伴算法指的是一片连续内存的伙伴是相邻的大小相同的内存片。
首先 创建一系列空闲块链表，每一种都是2的幂
比如要分配100k内存，向上取2的幂就是128k
例子：
那么假设这一系列链表的最大是1mb，先查询128k有没有空闲块，如果没有就找到256k，再没有找512k，一直找到1mb发现有空闲块了，那么就把这个分配出去，之后拆下512k放在512k的空闲链表，其余的分配出去，之后拆下256k放在256k的空闲链表，其余分配出去.....一直到分配到128k的链表。
回收：
1. 判断刚才分配的内存伙伴在空闲链表上吗？
2. 在！移除伙伴，合并为256k空闲内存，判断
3. 在！移除伙伴，合并为512k空闲内存，判断
4. 在！移除伙伴，合并为1M空闲内存
5. 插入1M空闲链表，回收完成
算法基于二进制，拥有极高的处理效率。算法解决了页外碎片的问题，实际上把问题从页外碎片转成了页内碎片问题。
linux交换空间
◆ 交换空间(Swap)是磁盘的一个分区
◆ Linux物理内存满时，会把一些内存交换至Swap空间
◆ Swap空间是初始化系统时配置的
swap空间使用作用：
◆ 冷启动内存依赖
◆ 系统睡眠依赖
◆ 大进程空间依赖
swap与虚拟内存的异同
相同点：都是存在于磁盘，工作时和主存发生置换。
不同点：swap是操作系统的概念，虚拟内存是进程概念。swap是为了解决系统物理内存不足问题，虚拟内存是解决进程物理内存不足的问题。
