PC_OS@内存分配@覆盖与交换@内存碎片@连续分配方式@动态分区分配策略

文章目录

• PC_OS@内存分配@覆盖与交换@内存碎片@连续分配方式@动态分区分配策略
• • refs
  • 覆盖技术和交换技术
  • • 覆盖
    • 交换
    • • 特点
    • 小结
  • 内存块和内存分区
  • 碎片
  • • 内部碎片🎈
    • 外部碎片
    • 紧凑操作
  • 连续分配管理方式
  • • 单一连续分配
    • • 特点
    • 固定分区分配
    • • 特点
    • 动态分区分配
  • 动态分区分配策略
  • • 首次适应算法
    • 邻近适应算法
    • 最佳适应算法
    • 最坏适应算法
    • 小结🎈

PC_OS@内存分配@覆盖与交换@内存碎片@连续分配方式@动态分区分配策略

refs

• Memory management - Wikipedia

覆盖技术和交换技术

• 在多道程序程序环境下用来扩充内存的两种方法

覆盖

• 单个进程内存分配-覆盖
• 把用户内存空间分为
  • 固定区(一个)
    • 存放经常活跃的部分
  • 覆盖区(若干个)
    • 非活跃部分按照调用关系分段
      • 将要访问的段放入覆盖区
      • 其余段放入外存中
        • 在需要调用时系统将其调入到覆盖区,替换覆盖区中原有的段
• 体现了虚拟内存的基本思想(多次性载入程序数据到内存中)
• 但是当同时运行的程序需要的内存大于主存容量时,仍然不能运行
  • 不在覆盖区中的段会常驻内存(固定区)
• 覆盖技术对程序员不透明(程序员可以感受到)

交换

• 进程间内存分配-交换

• 把处于等待状态的程序从内存中移动到辅存(外存),把内存空间腾出一部分(称为换出)

• 把就绪状态的程序从辅存调入内存(称为换入)

• 中级调度采用的就是交换技术

特点

• 交换需要备份存储，通常是磁盘。
  • 它必须足够大，并提供对这些内存映像的直接访问。
  • 为了有效使用CPU，需要使每个进程的执行时间比交换时间长
• 若换出进程，则必须确保该进程完全处于空闲状态。
• 交换空间通常作为磁盘的一整块，且独立于文件系统，因此使用起来可能很快
• 交换通常在有许多进程运行且内存空间吃紧时开始启动，而在系统负荷降低时就暂停。
  • 普通的交换使用不多，但交换策略的某些变体在许多系统（如UNIX）中仍发挥作用。

小结

• 🎈交换技术主要在不同进程（或作业)之间进行，而覆盖则用于同一个程序或进程中。
• 对于主存无法存放用户程序的矛盾，现代操作系统是通过虚拟内存技术来解决的
• 覆盖技术则已成为历史
• 交换技术在现代操作系统中仍具有较强的生命力。

内存块和内存分区

• 自己的理解🎄

• 划分给某个进程使用的内存区域称为内存分区

• 还未被划分(给某个进程使用)的内存区域称为内存块

碎片

• 内存利用率低下的统称
• 根据难以利用的(或者浪费的)内存区域在内存分区内还是外部,分为
  • 分区-内部碎片
  • 分区-外部碎片

内部碎片🎈

• 内存发生分区内的空间利用率低下(利用率低)的现象称为内部碎片

外部碎片

• 内存中过多的内存分区分割产生越来越多难以利用的小内存块(分布在内存分区和分区间的间隙)
• 导致内存利用率低下的现象这些小内存块称为外部碎片

紧凑操作

• 克服外部碎片可以通过紧凑技术来解决
  • 操作系统不时地对进程进行移动和整理
  • 需要动态重定位寄存器的支持
  • 相对费时

连续分配管理方式

• 为一个用户程序分配一个连续的内存空间
  • 单一连续分配
  • 固定分区分配
  • 动态分区分配

单一连续分配

• 连续-单一分配方式
• 内存在此方式下分为系统区和用户区
  • 系统区仅供操作系统使用,通常在低地址部分
  • 用户区中仅有一道用户程序,整个内存的用户空间由该程序独占

特点

• 简单,无外部碎片,有内部碎片,存储器利用率极低
• 内存那种只有一道程序,无序进行内存保护
• 只用用于单用户,单任务的操作系统中

固定分区分配

• 连续-固定多分区分配方式

• 是一种最简单的多道程序存储管理方式

• 将用户内存空间划分为若干个固定大小的区域

  • 每个分区之装入一道作业
  • 有空闲分区时,可以从外存的后备作业队列中选择合适大小的作业装入该空闲分区

• 划分分区的方法

  • 分区大小相等
    • 缺乏灵活性:程序太小造成浪费,程序太大又无法装入
  • 分析大小不等
    • 划分为数量较多的较小分区
    • 数量时钟的中等分区
    • 少量的大分区

• 分区说明表

  • 为了便于内存分配,将分区大小排列
  • 建立分区说明表,各个表项包括每个分区的
    • 起始地址(始址)
    • 大小
    • 状态
  • 有用户程序要装入时,检索该表,找到合适的分区分配
    • 从可以满足运行要求的分区中 选定分区的操作有不同的算法
  • 将分配出去的分区状态记为已分配
  • 如果找不到合适分区,则拒绝为该程序分配内存

特点

• 较大程序可能无法放入任何一个分区中(采用覆盖技术使用内存空间)
• 程序小于固定分区大小时,也要占用一个完整的内存分区,这样的分区内部就存在空间浪费(内部碎片)

动态分区分配

• 连续-动态分区分配,也称为可变分区分配

• 在进程装入内存是,根据进程的实际需要,动态地为其分配内存(分区的大小整合适合程序的需要)

• 系统中分区的大小和数目是可变的

• 特点

  • 随着时间的推移,内存中产生越来越多难以利用的小内存块(小内存分区),内存中的利用率随之下降
  • 这些小内存块称为外部碎片

动态分区分配策略

• 在进程装入或换入内存时,如果内存中有多个足够大的空闲块,

首次适应算法

• FF:FirstFit
• 空闲分区以地址递增的次序链接。
• 分配内存时从链首开始顺序查找，找到大小能满足要求的第一个空闲分区分配给作业。

邻近适应算法

• NF:（Next Fit）

• 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，分配内存时从上次查找结束的位置开始继续查找。

最佳适应算法

• BF:Best Fit

• 空闲分区按容量递增的次序形成空闲分区链，找到第一个能满足要求且最小的空闲分区分配给作业，

  • 避免“大材小用

最坏适应算法

• WF:(Worst Fit)
• 空闲分区以容量递减的次序链接，找到第一个自满足要求的，即最大的分区，从中分割一部分存储空间给作业。

小结🎈

• 首次适应算法最简单，通常也是最好和最快的
• 不过，首次适应算法会使得内存的低地址部分出现很多小的空闲分区，而每次分配查找时都要经过这些分区，因此增加了开销
• 邻近适应算法试图解决这个问题。
  • 但它常常导致在内存空间的尾部（因为在一遍扫描中，内存前面部分使用后再释放时，不会参与分配）分裂成小碎片。
    • 通常比首次适应算法要差。
  • 最佳适应算法虽然称为“最佳”，但是性能通常很差，因为每次最佳的分配会留下很小的难以利用的内存块，会产生最多的外部碎片。🎈
  • 最坏适应算法与最佳适应算法相反，它选择最大的可用块，这看起来最不容易产生碎片，但是却把最大的连续内存划分开，会很快导致没有可用的大内存块，因此性能也非常差。
• 在动态分区分配中，与固定分区分配类似，设置一张空闲分区链(表)，并按始址排序。
• 分配内存时，检索空闲分区链，找到所需的分区
  • 若其大小大于请求大小，便从该分区中按请求大小分割一块空间分配给装入进程
    • 若剩余部分小到不足以划分，则无须分割
    • 余下部分仍留在空闲分区链中。
• 回收内存时，系统根据回收分区的始址，从空闲分区链中找到相应的插入点，
• 此时可能出现四种情况:(根据回收分区的始址和临近分区的位置关系)
  • 记被回收分区为N,前一个空闲分区为A,后一个空闲分区为B(A,B可能不存在)
  • ①回收区与插入点的前一空闲分区相邻A，将这两个分区合并(AN)，并修改前一分区表项的大小为两者之和$AN\to A$;
  • ②回收区与插入点的后一空闲分区相邻B，将这两个分区合并NB，并修改后一分区表项的始址和大小$NB\to N$;
  • ③回收区同时与插入点的前、后两个分区相邻，此时将这三个分区合并ANB，修改前一分区表项的大小为三者之和，取消后一分区表项$ANB\to A$;
  • ④回收区没有相邻的空闲分区(A,B不存在)，此时应为回收区新建一个表项，填写始址和大小，并插入空闲分区链。