操做系統以內存管理

操做系統內存管理

1、內存管理策略

1.背景

基本硬件（基地址與界限地址）

地址綁定（編譯時、加載時、 運行時）

邏輯地址空間與物理地址空間

動態加載

動態連接與共享庫（與靜態庫對比）

2.交換（內存與磁盤間）

維護着一個可運行進程就緒隊列，進行內存與磁盤間線程的載入與存出。

3.連續內存分配

內存分區之可變分區的思想，將內存分紅一個個孔（hole），使用一張表維護hole的使用狀況。

存在碎片問題（分爲外碎片與內碎片）

• 首次適應--首個足夠大的孔（50%規則，描述碎片多）
• 最優適應--最小合適的孔
• 最差適應--最大孔

外部碎片大，解決思路有 緊縮 與 分頁、分段（運行物理地址不連續的策略）

4.分段

將內存分爲不一樣長度的段，維護分段硬件支持段表

<段名稱s，段偏移d>

5.分頁

物理內存分爲固定大小的塊，稱爲幀。邏輯內存也分爲一樣大小的塊，稱爲頁。

<頁碼p，頁偏移> 與對應的頁表

TLB 帶Hash頁表--轉換表緩衝區

保護機制與共享頁

6.頁表結構補充

分層頁表

哈希頁表（數組+鏈表）

倒置頁表

2、虛擬內存管理

1.背景

使用虛擬內存來邏輯內存容量--分配出去但未使用的內存空間，經過僞分配實現擴容。

2.請求調頁

概念：僅在須要時，才加載頁面。

調頁程序--惰性變換器實現

通常缺頁錯誤的處理很簡單：

1. 檢查這個進程的內部表，以確認該引用是有效的仍是無效的內存訪問。
2. 若是引用無效，那麼終止進程。若是引用有效可是沒有調入內存，那麼如今就調入。
3. 找到一個空閒幀。
4. 調度一個磁盤操做，以將所需頁面讀到剛分配的幀。
5. 磁盤讀取完成，修改進程內部表和頁表。以指示該頁如今處於內存中。
6. 從新啓動被陷入中斷的指令。該進程能訪問所須要的頁面，就好像原來他就在內存中同樣。

缺頁處理的時間花費主要體如今：處理缺頁中斷、讀入頁面、從新啓動進程

3.寫時複製（父子進程間）

4.頁面置換

​ 當用戶進程在執行時，可能發生缺頁錯誤。操做系統肯定所須要頁面的磁盤位置，可是卻發現內存上沒有空閒的幀。全部內存都在使用。此時，它會選擇交換出一個進程，以釋放它在全部幀並下降多道程序。

​ 在沒有空閒幀的狀況下，那麼就要查找當前不在使用的一個幀，並釋放它，犧牲幀，他被換出到交換空間，並修改它的頁表。能夠看到當沒有空閒幀的狀況下，須要兩個頁面傳輸（一個傳入，一個傳出）。這種狀況世界加倍了缺頁錯誤處理時間，並增長了有效的訪問時間。 爲了減小置換的時間，系統提供了一個修改位，二者的關聯採用硬件。每當一個頁面內的任何字節被寫入時，它的頁面修改位會由硬件來設置，以表示該頁面被修改過。當要選擇一個頁面置換時，它會先看這個頁面或者幀有沒有被修改過，若是沒有修改過就不用將它換出，直接進行換入，將它的空間覆蓋。

頁面置換算法

• FIFO 先進先出
• OPT/MIN 最優置換
• LRU 最近最少使用

• 近似LRU

  1. 額外引用位算法 （多位標誌位）
  2. 第二次機會算法（1位標誌位）
  3. 加強型第二次機會算法-分類（元組分類出最近使用與須要寫回）

• 基於計數

  1. LFU 最不常常使用
  2. MFU 最常常使用

     搭配上頁面緩衝算法--最近被淘汰的頁面被放置在高速磁盤區，減小淘汰錯誤頁面下次換回的代價

5.幀分配

分配算法--平均與比例

全局分配與局部分配（區別，是否面向全部進程的內存暑假頁）

6.系統抖動

頻繁發生頁面置換

7.內存映射文件與IO