操作系统--内存管理

内存管理：

　　1. 单一分区分配：

　　　　用于单用户、单任务的操作系统，主存被分为两部分：驻留操作系统（内存低端）、用户进程（内存高端）

　　2. 多分区分配：

　　　　满足多道程序的最简单的存储管理方案，将内存划分成若干个连续区域，称为分区；每个分区只能存储一个程序，并且程序也只能在它所驻留的分区中运行

　　　　分区方法分为固定分区和动态分区，分区分配算法：First-Fit、Best-Fit、Worst-Fit、Next-Fit

　　　　这种分配策略会同时存在外部碎片和内部碎片，可通过紧缩减少碎片

　　3. 页式内存管理：

　　　　允许进程的物理地址空间可以是不连续的

　　　　逻辑地址空间中划分为页（数据块），物理地址空间划分为页帧，从逻辑地址映射到物理地址空间使用页表

　　　　因此，每一次的数据/指令访问需要两次内存访问，可使用快表（TLB），使访问降到一次

　　　　页表：分级页表、哈希页表、反向页表

　　　　这种分配策略会同时存在外部碎片和内部碎片

　　4. 段式内存管理：

　　　　允许进程的物理地址空间可以是不连续的

　　　　适应用户的角度，使用段表映射地址

　　　　由于段的长度可变（区别于页），所以就面临动态分配问题，同样使用First-Fit、Best-Fit、Worst-Fit、Next-Fit算法

　　　　这种分配策略只会存在外部碎片

　　5. 段页式内存管理：

　　　　先段式后页式，Linux就是这样，一个程序先被划分为若干程序段，对每一分段又分成若干个固定大小的页

虚拟存储管理：

　　通过换入换出页（段），使得进程的逻辑空间比实际占有的内存空间大得多，从而使得内存中可以驻留更多的进程（用户）

　　但总的虚拟地址空间不大于物理内存和外存交换区容量之和

　　1. 如何知道一个进程的某个页面在不在内存？

　　　　页表项有一个有效-无效位，1表示在内存，0表示不在内存

　　2. 发现某个页面不存在之后，有什么响应？

　　　　产生缺页中断，要求熟悉缺页中断之后的响应流程（页面置换过程）

　　3. 如果发生缺页，但此时内存中无空闲块，此时将哪个页面换出？（页面置换算法）

　　　　这个页面置换算法要求缺页中断的次数尽可能的小

　　　　1. FIFO算法（先来先出）：容易导致Belady现象，即内存中分配的页帧越多，缺页中断的次数反而增加

　　　　2.Optimal算法：选择未来不再使用的，或在离当前最远位置上出现的页面被置换，由于后面的数据实际不可知，所以这种算法不可实现，但通常用来作为作为对比，来衡量其他算法的效率

　　　　3. LRU算法（最近最少使用）：选择内存中最久未使用的页面被置换，这是局部性原理的合理近似，性能接近最佳算法，但由于需要记录页面使用时间的先后顺序，时间开销太大

　　　　4. 近似LRU算法：

　　　　　　1. first chance 算法：利用页表项的引用位，随机选取该位为0的页面置换

　　　　　　2. second chance 算法（clock算法）：同样利用引用位，遇“1”置“0”，并依然留在内存中，遇“0”置换

　　　　　　3. ehanced second chance 算法：同时利用引用位和修改位，依据两者的组合淘汰页面

　　　　5. 页面缓冲算法： 对FIFO算法的改进，通过对被置换页面的缓冲，有机会不通过访问磁盘，就找回刚被置换的页面（Windows和Linux的页面置换算法就是基于页面缓冲算法的）

　　4. 那么一开始在内存中给每个进程分配多少页帧？

　　　　在为进程分配帧时，首先应该考虑的问题是：能保证进程正常运行所需的最少帧数（也成最小物理块）

　　　　内存中分配页帧采用的算法：

　　　　　　1. 平均分配算法

　　　　　　2. 按比例分配算法：根据进程的大小按比例分配

　　　　　　3. 优先权分配算法：优先权高的进程适当增加份额

　　　　当然，分配策略也可以分为固定分配和可变分配策略

　　　　置换策略分为全局置换和局部置换

　　系统抖动：进程忙于换入换出页面，从而使进程的程序没有往下执行或者执行得很慢（硬盘的指示灯一闪一闪）

　　　　解决方法：1. 挂起若干进程

　　　　　　　　　2. 在CPU调度中引入工作集算法：选择工作集窗口大小，例如10000条指令，进程Pi的工作集Wssi = 最近一次工作集窗口内页面引用的总数，则页帧总需求数为All（Wssi）,如果改数大于内存中页帧总数，就挂起一个进程，从而防止系统抖动。