操作系统第四章 存储器管理
一、连续分配方式
1.单一连续分配
内存在此方式下分为系统区和用户区，系统区仅提供给操作系统使用，通常在低地址部分；用户区是为用户提供的除系统外的内存空间。这种方式无需进行内存保护。这种方式的优点是简单、无外部碎片，可以采用覆盖技术，不需要额外的技术支持。缺点是只能用于单用户、单任务的操作系统中，有内部碎片，存储器的利用率极低。
2.固定分区分配
固定分区分配在划分分区时，有两种不同的方法：
l 分区大小相等：用于利用一台计算机去控制多个相同对象的场合。
l 分区大小不等：划分为含有多个较小的分区、适量的中等分区及少量的大分区。
为了便于内存分配，通常将分区按大小排队，并为之建立一张分区使用表，其中个表项包括每个分区的起始地址、大小及状态。当有用户程序要装入时，便检索该表，已找到合适的分区给与分配并将其状态置为“已分配“。未找到合适分区则拒绝为该用户程序分配内存。
这种分区方式存在两个问题：一个程序可能太大而放不进任何一个分区中，这是用户不得不使用覆盖技术来使用内存空间；二是主存利用率低，当程序小于固定分区大小时，也占用了一个完整的内存分区空间，这样分区内部有空间浪费。这种现象成为内部碎片。
3.动态分区分配
在进程装入内存时，根据进程的大小动态的建立分区，并使分区的大小正好适合进程的需要。
动态分区在开始分配时是很好的，但是之后会导致内存中出现许多小的内存块。随着时间的推移，内存中会产生越来越多的碎片，内存的利用率随之下降。这种现象称之为外部碎片现象，指在所有分区外的存储空间会变成越来越多的碎片，这与固定分区中的内部碎片正好相对。克服外部碎片可以通过紧凑技术来解决。
动态分区的分配策略，考虑以下几种算法：
1）首次适应算法：空闲分区以地址递增的次序链接。分配内存时顺序查找，找到大小能满足要求的第一个空闲分区。
2）最佳适应算法：空闲分区按容量递增形成分区链，找到第一个能满足要求的空闲分区。
3）最坏适应算法：有称最大适应算法，空闲分区以容量递减次序链接。找到第一个能满足要求的空闲分区，也就是挑选最大的分区。
4）临近适应算法：又称循环首次适应算法，由首次适应算法演变而成。不同之处是分配内存时从此查找结束的位置开始继续查找。
以上内存分区管理方法有一共同特点，即用户进程在主存中都是连续存放的。
二、非连续分配管理方式
固定分区会产生内部碎片，动态分区会产生外部碎片，两种技术对内存的利用率都比较低。我们希望内存的使用能尽量避免碎片的产生，这就引出了分页思想：把主存空间划分为大小相等且固定的块，块相对较小，作为主存的基本单位。每个进程也以块为单位进行划分，进程在执行时，以块为单位逐个申请主存中的块空间。
1.基本分页存储管理方式
分页管理方式是从计算机的角度考虑设计的，以提高内存的利用率，提升计算机的性能，且分页通过硬件机制实现，对用户完全透明；而分段管理方式的提出则考虑了用户和程序员，以满足方便编程、信息保护和共享、动态增长及动态链接等多方面的需要。
为了能将用户地址空间中的逻辑地址变换为内存空间中的物理地址，在系统中必须设置地址变换机构。该机构的基本任务是实现从逻辑地址到物理地址的转换。
1.1基本的地址变换机构
1.2 具有块表的地址变换机构
分页系统中，CPU每次要存取一个数据，都要两次访问内存（访问页表、访问实际物理地址）。为提高地址变换速度，增设一个具有并行查询能力的特殊高速缓冲存储器，称为“联想存储器”或“快表”，存放当前访问的页表项。
1.3 基本地址变换例子
页式虚拟存储系统的逻辑地址是由页号和页内地址两部分组成，地址变换过程如图7-3所示。假定页面的大小为4K，图7-3中所示的十进制逻辑地址8203经过地址变换后，形成的物理地址a应为十进制。
页号： 8203/4096 = 2；页内偏移：8203%4096= 11；物理地址：物理块号*页面大小+ 页内偏移= 28683
2.基本分段存储管理方式
页面是主存物理空间中划分出来的等长的固定区域。分页方式的优点是页长固定，因而便于构造页表、易于管理，且不存在外碎片。但分页方式的缺点是页长与程序的逻辑大小不相关。例如，某个时刻一个子程序可能有一部分在主存中，另一部分则在辅存中。这不利于编程时的独立性，并给换入换出处理、存储保护和存储共享等操作造成麻烦。
另一种划分可寻址的存储空间的方法称为分段。段是按照程序的自然分界划分的长度可以动态改变的区域。通常，程序员把子程序、操作数和常数等不同类型的数据划分到不同的段中，并且每个程序可以有多个相同类型的段。
将用户程序地址空间分成若干个大小不等的段，每段可以定义一组相对完整的逻辑信息。存储分配时，以段为单位，段与段在内存中可以不相邻接，也实现了离散分配。
在页式系统中，逻辑地址的页号和页内偏移量对用户是透明的；但在段式系统中，段号和段内偏移量必须由用户显示提供，在高级程序设计语言中，这个工作由编译程序完成。
整个作业的地址空间由于是分成多个段，因而是二维的，亦即，其逻辑地址由段号(段名)和段内地址所组成。
2.1 地址变换机构
图4-18：物理地址 = 8 * 1024 + 100 = 8292
3.段页式
页式存储管理能有效的提高内存利用率，而分段存储管理能反应程序的逻辑结构并有利于段的共享。如果将这两种存储管理方法结合起来，就形成了段页式存储管理方式。
4.分段和分页的主要区别：
5. 优缺点的比较
参考：https://www.cnblogs.com/-citywall123/p/12395586.html
参考：https://blog.csdn.net/u014590757/article/details/80449199
5.1 连续内存分配
优点：设计简单，直接寻址，效率高
缺点：内存利用率最低
5.2 非连续分配
1）分页式
优点：内存空间利用率高，不会产生外部碎片，只会有少量的页内碎片。
缺点：不方便按照逻辑模块实现信息的共享和保护。
2）分段式
优点：很方便按照逻辑模块实现信息的共享和保护。
缺点：如果段长很大，为其分配很大的连续空间，会很不方便。另外，段式管理会产生外部碎片。
（为了有效的利用内存，使内存产生bai更少的碎片，要对内存分页，内存以页为单位来使用，最后一页往往装不满，于是形成了内部碎片。为了共享要分段，在段的换入换出时形成外部碎片，比如5K的段换出后，有一个4k的段进来放到原来5k的地方，于是形成1k的外部碎片。）
