操做系統--內存管理

內存管理：

　　1. 單一分區分配：

　　　　用於單用戶、單任務的操做系統，主存被分爲兩部分：駐留操做系統（內存低端）、用戶進程（內存高端）

　　2. 多分區分配：

　　　　知足多道程序的最簡單的存儲管理方案，將內存劃分紅若干個連續區域，稱爲分區；每一個分區只能存儲一個程序，而且程序也只能在它所駐留的分區中運行

　　　　分區方法分爲固定分區和動態分區，分區分配算法：First-Fit、Best-Fit、Worst-Fit、Next-Fit

　　　　這種分配策略會同時存在外部碎片和內部碎片，可經過緊縮減小碎片

　　3. 頁式內存管理：

　　　　容許進程的物理地址空間能夠是不連續的

　　　　邏輯地址空間中劃分爲頁（數據塊），物理地址空間劃分爲頁幀，從邏輯地址映射到物理地址空間使用頁表

　　　　所以，每一次的數據/指令訪問須要兩次內存訪問，可以使用快表（TLB），使訪問降到一次

　　　　頁表：分級頁表、哈希頁表、反向頁表

　　　　這種分配策略會同時存在外部碎片和內部碎片

　　4. 段式內存管理：

　　　　容許進程的物理地址空間能夠是不連續的

　　　　適應用戶的角度，使用段表映射地址

　　　　因爲段的長度可變（區別於頁），因此就面臨動態分配問題，一樣使用First-Fit、Best-Fit、Worst-Fit、Next-Fit算法

　　　　這種分配策略只會存在外部碎片

　　5. 段頁式內存管理：

　　　　先段式後頁式，Linux就是這樣，一個程序先被劃分爲若干程序段，對每一分段又分紅若干個固定大小的頁

虛擬存儲管理：

　　經過換入換出頁（段），使得進程的邏輯空間比實際佔有的內存空間大得多，從而使得內存中能夠駐留更多的進程（用戶）

　　但總的虛擬地址空間不大於物理內存和外存交換區容量之和

　　1. 如何知道一個進程的某個頁面在不在內存？

　　　　頁表項有一個有效-無效位，1表示在內存，0表示不在內存

　　2. 發現某個頁面不存在以後，有什麼響應？

　　　　產生缺頁中斷，要求熟悉缺頁中斷以後的響應流程（頁面置換過程）

　　3. 若是發生缺頁，但此時內存中無空閒塊，此時將哪一個頁面換出？（頁面置換算法）

　　　　這個頁面置換算法要求缺頁中斷的次數儘量的小

　　　　1. FIFO算法（先來先出）：容易致使Belady現象，即內存中分配的頁幀越多，缺頁中斷的次數反而增長

　　　　2.Optimal算法：選擇將來再也不使用的，或在離當前最遠位置上出現的頁面被置換，因爲後面的數據實際不可知，因此這種算法不可實現，但一般用來做爲做爲對比，來衡量其餘算法的效率

　　　　3. LRU算法（最近最少使用）：選擇內存中最久未使用的頁面被置換，這是局部性原理的合理近似，性能接近最佳算法，但因爲須要記錄頁面使用時間的前後順序，時間開銷太大

　　　　4. 近似LRU算法：

　　　　　　1. first chance 算法：利用頁表項的引用位，隨機選取該位爲0的頁面置換

　　　　　　2. second chance 算法（clock算法）：一樣利用引用位，遇「1」置「0」，並依然留在內存中，遇「0」置換

　　　　　　3. ehanced second chance 算法：同時利用引用位和修改位，依據二者的組合淘汰頁面

　　　　5. 頁面緩衝算法： 對FIFO算法的改進，經過對被置換頁面的緩衝，有機會不經過訪問磁盤，就找回剛被置換的頁面（Windows和Linux的頁面置換算法就是基於頁面緩衝算法的）

　　4. 那麼一開始在內存中給每一個進程分配多少頁幀？

　　　　在爲進程分配幀時，首先應該考慮的問題是：能保證進程正常運行所需的最少幀數（也成最小物理塊）

　　　　內存中分配頁幀採用的算法：

　　　　　　1. 平均分配算法

　　　　　　2. 按比例分配算法：根據進程的大小按比例分配

　　　　　　3. 優先權分配算法：優先權高的進程適當增長份額

　　　　固然，分配策略也能夠分爲固定分配和可變分配策略

　　　　置換策略分爲全局置換和局部置換

　　系統抖動：進程忙於換入換出頁面，從而使進程的程序沒有往下執行或者執行得很慢（硬盤的指示燈一閃一閃）

　　　　解決方法：1. 掛起若干進程

　　　　　　　　　2. 在CPU調度中引入工做集算法：選擇工做集窗口大小，例如10000條指令，進程Pi的工做集Wssi = 最近一次工做集窗口內頁面引用的總數，則頁幀總需求數爲All（Wssi）,若是改數大於內存中頁幀總數，就掛起一個進程，從而防止系統抖動。