内存

基础知识

什么是内存？

内存是用于存放数据的硬件，程序执行前需要先放到内存中才能被cpu处理

如何区分各个程序的数据是放在什么地方的呢?

对内存的存储单元编地址
内存中的一个一个的房间，就是存储单元
按字节编址，每个存储单元为1字节，即1b，即8个二进制位
字节位16的计算机按字编址，则每个存储单元的大小位1个字，每个字的大小为16个二进制位

常用的数量单位

相对地址又称逻辑地址

绝对地址又称物理地址

装入的三种方式

完成逻辑地址到物理地址的转换

绝对装入

静态重定位

动态重定位

绝对装入

在编译时,如果知道程序将放到内存中的哪个位置,编译程序将产生绝对地址的目标代码。装入程序按照装入模块中的地址,将程序和数据装入内存。

只适用于单道程序环境

因为单道只能运行一个程序

程序中使用的绝对地址,可在编译或汇编时给出,也可由程序员直接赋予。通常情况下都是编译或汇编时再转换为绝对地址。

静态重定位

又称可重定位装入。编译、链接后的装入模块的地址都是从0开始的,指令中使用的地址、数据存放的地址都是相对于起始地址而言的逻辑地址。可根据内存的当前情况,将装入模块装入到内存的适当位置。装入时对地址进行“重定位”,将逻辑地址变换为物理地址(地址变换是在装入时一次完成的)。

动态重定位

采用动态重定位允许程序在内存中发生移动

并且可将程序分配到不连续的存储区中;在程序运行前只需装入它的部分代码即可投入运行,然后在程序运行期间,根据需要动态申请分配内存;便于程序段的共享,可以向用户提供一个比存储空间大得多的地址空间。

链接的三种方式

静态链接

在程序运行之前,先将各目标模块及它们所需的库函数连接成一个完整的可执行文件(装入模块),之后不再拆开。

要把独立的逻辑地址合成完整的逻辑地址

装入时动态链接

将各目标模块装入内存时,边装入边链接的链接方式。

运行时动态链接

在程序执行中需要该自标模块时,才对它进行链接。其优点是便于修改和更新,便于实现对目标模块的共享。

内存管理

操作系统负责内存空间的分配与回收

需要提供某种技术从逻辑上对内存空间进行扩充

操作系统需要提供地址转换功能,负责程序的逻辑地址与物理地址的转换

操作系统需要提供內存保护功能。保证各进程在各自存储空间内运行,互不干扰

覆盖和交换

覆盖技术

就是解决程序大小超过物理内存总和的问题

覆盖技术的思想:将程序分为多个段(多个模块)。常用的段常驻内存,不常用的段在需要时调入内存。

内存中分为一个“固定区”和若干个“覆盖区”。
需要常驻内存的段放在“固定区”中,调入后就不再调出(除非运行结束)

不常用的段放在覆盖区”,需要用到时调入内存,用不到时调出内存

必须由程序员声明覆盖结构,操作系统完成自动覆盖。缺点:对用户不透明,增加了用户编程负担。

只用于早期的操作系统

交换技术

交换(对换)技术的设计思想:内存空间紧张时,系统将内存中某些进程暂时换出外存,把外存中某些已具备运行条件的进程换入内存(进程在内存与磁盘间动态调度)

中级调度(内存调度)，就是要决定将哪个处于挂起状态的进程重新调入内存

暂时换出外存等待的进程状态为挂起状态(挂起态, suspend)
挂起态又可以进一步细分为就绪挂起、阻塞挂起两种状态

连续分配管理方式

连续分配：指用户进程分配的必须是一个连续的内存空间

单一连续分配方式

固定分区分配方式

操作系统怎样将记录内存空闲的分布情况

动态分区分配

动态分区分配又称为可变分区分配。这种分配方式不会预先划分内存分区,而是在进程装入内存时,根据进程的大小动态地建立分区,并使分区的大小正好适合进程的需要。因此系统分区的大小和数目是可变的。(eg:假设某计算机内存大小为64MB,系统区8MB,用户区共56MB.)

系统要用什么的数据结构记录内存的使用情况

两种常用的数据结构

空闲分区链

空闲分区表

如何对分区的分配和回收操作

回收问题

动态分区分配没有内部碎片，但由外部碎片

内部碎片：分配给进程的内存区域中，如果没用上

外部碎片：是指内存中的某些空间分区由于太小而难以利用

如果内存中空闲空间的总和本来可以满足某进程的要求,
但由于进程需要的是一整块连续的内存空间,因此这些
“碎片”不能满足进程的需求。
可以通过紧湊(拼湊, Compaction)技术来解决外部碎片。

动态分区分配算法

如果有很多空闲分区都能满足，选择哪个进行分配

首次适应算法

算法思想:每次都从低地址开始査找,找到第一个能满足大小的空闲分区

如何实现:空闲分区以地址递增的次序排列。每次分配内存时顺序査找空闲分区链(或空闲分区表),找到大小能满足要求的第一个空闲分区

最佳使用算法

算法思想:由于动态分区分配是一种连续分配方式,为各进程分配的空间必须是连续的一整片区域。因此为了保证当“大进程”到来时能有连续的大片空间,可以尽可能多地留下大片的家闲区,即,优先使用更小的空闲区。
如何实现:空闲分区按容量递增次序链接。每次分配内存时顺序查找空闲分区链(或空闲分区表),找到大小能满足要求的第一个空闲分区

最坏适应算法

又称最大适应算法( Largest Fit)
算法思想:为了解决最佳适应算法的问题ー一即留下太多难以利用的小碎片,可以在每次分配时优先使用最大的连续空闲区,这样分配后剩余的空闲区就不会太小,更方便使用
如何实现:空闲分区按容量递减次序链接。每次分配内存时顺序查找空闲分区链(或空闲分区表),找到大小能满足要求的第一个空闲分区。

邻近适应算法

算法思想:首次适应算法每次都从链头开始査找的。这可能会导致低地址部分出现很多小的空闲分区,而每次分配査找时,都要经过这些分区,因此也增加了査找的开销。如果每次都从上次査找结束的位置开始检索,就能解决上述问题
如何实现:空闲分区以地址递增的顺序排列(可排成一个循环链表)。每次分配内存时从上次査找结東的位置开始査找空闲分区链(或空闲分区表),找到大小能满足要求的第一个空闲分区。