計算機操作系統(tǒng)內存管理知識點

計算機操作系統(tǒng)內存管理知識點整理

內存空間的分配與回收

?連續(xù)分配管理

為用戶進程分配的必須是一個連續(xù)的內存空間

.單一連續(xù)分配

?實現(xiàn)：內存分為：

?系統(tǒng)區(qū)：操作系統(tǒng)相關數(shù)據(jù)

?用戶區(qū)：存放用戶進程相關數(shù)據(jù)

?特點

?無外部碎片，有內部碎片

?只支持單道程序：內存中只能有一道用戶數(shù)據(jù)，用戶程序獨占整個用戶

區(qū)空間

.固定分區(qū)分配

?實現(xiàn)

?借助數(shù)據(jù)結構管理：分區(qū)說明表

?內存用戶空間劃分成若干個固定大小的分區(qū)，每個分區(qū)只能裝一道作業(yè)

?兩種分區(qū)方式

?分區(qū)大小不等：增加靈活性，可以滿足不同大小的進程需求

?分區(qū)大小相等：缺乏靈活性，很適合用于用一臺計算機控制多個相同對

象的場合

?特點

?無外部碎片，有內部碎片

?支持多道程序

.動態(tài)分區(qū)分配

可變分區(qū)分配

?實現(xiàn)

?不會預先劃分內存，而是在進程裝入內存時，根據(jù)進程的大小動態(tài)的建

立分區(qū)

?數(shù)據(jù)結構

記錄內存使用情況

?空閑分區(qū)鏈：每個分區(qū)的首、尾部分會分別設置前、后向指針

?空閑分區(qū)表：每個空閑分區(qū)對應一個表項

?動態(tài)分區(qū)分配算法

當很多個空閑分區(qū)都能滿足需求時選擇哪個分區(qū)進行分配

?把一個新作業(yè)裝入內存時，須按照一定的動態(tài)分區(qū)分配算法，從空閑

分區(qū)表(鏈)中選出一個分區(qū)分配給該作業(yè)

?首次適應(FirstFit)

?思想

?每次都從低地址開始查找，找到第一個能滿足大小的空閑分區(qū)

?實現(xiàn)

?空閑分區(qū)以地址遞增的次序排列

?每次分配內存時，順序查找空閑分區(qū)鏈(表)

?最佳適應(BestFit)

?思想

?優(yōu)先使用

?最壞適應(WorstFit)

?鄰近適應(NextFit)

?回收內存時的4種情況

?回收區(qū)之前有相鄰的空閑分區(qū)：相鄰的空閑分區(qū)要合并(更改空閑分

區(qū)表)

?回收區(qū)之后有相鄰的空閑分區(qū)

?回收區(qū)前后都有相鄰的空閑分區(qū)

?回收區(qū)前后都沒有相鄰的空閑分區(qū)：在空閑分區(qū)表中增加表項

?特點

?有外部碎片，無內部碎片

?解決外部碎片：緊湊

?非連續(xù)分配管理

為用戶進程分配的可以是一些分散的內存空間

.基本分頁存儲管理

?思想：把進程分頁，各個頁面離散的放到各個內存塊中

?相關概念

?內存空間分為一個個大小相等的分區(qū),一個分區(qū)就是一個頁框

?進程的邏輯地址也分為與頁框大小相等的一個個部分,即為頁、頁面

?頁框=頁幀=內存塊=物理塊vs頁=頁面

?編號

?頁框號（頁框的編號）：從。開始

?頁號（頁面的編號）：從0開始

?操作系統(tǒng)以更邂為單位為每個進程分配內存空間

?進程的每個頁面分別放入一■個頁框，一一■對應

?各個頁面不需連續(xù)存放，可以存放到不相鄰的各個頁框

?可能產(chǎn)生內部碎片：進程的最后一個頁面沒有一個頁框大

?頁表

?作用：知道進程的每個頁面在內存的存放位置，二者映射關系

?對應關系

?一個進程對應一個頁表

?一個進程的每個頁面對應一個頁表項

?實現(xiàn)

?每個頁表項：頁號、塊號

?每個頁表項的長度（大?。┦窍嗤?/p>

?頁表存放在pcb中

?頁表記錄的只是物理塊號，而不是內存塊的起始地址

?每個頁表項的大小

?塊號（求要幾B）:內存大小/頁面大小=內存塊數(shù)（2”塊），內存

塊號范圍0~（2”）-1,需要k位bit表示塊號，lB=8bit,可知塊號要幾

B（內存塊的數(shù)量可推出頁表項的大?。?/p>

?頁號：可以隱含，不用占據(jù)存儲空間

?每個頁表項大小相同，連續(xù)存放：i號頁表項的存放位置=頁表的起始

地址+i**頁表項大小

?操作系統(tǒng)實現(xiàn)地址的轉換

?進程的頁面是離散存放，但頁面內部是連續(xù)存放

?邏輯地址結構

?頁號k位：一個進程最多有2”個頁面

?頁內偏移量m位：一個頁面的大小是2Am個內存單元

?地址轉換

?1,求邏輯地址A對應的【頁號，頁內偏移量】

?方法一

9號物理塊始址為9*4KB（頁面大?。?*272B,9*4096B

?頁號=邏輯地址/頁面長度（除法的整數(shù)部分）

?頁內偏移量=邏輯地址％頁面長度（取整）（除法的余數(shù)部分）

?方法二

當每個頁面大小為2八kB,用二進制表示邏輯地址

?末尾k位是頁內偏移量，其余是頁號

?物理地址=物理塊號（查頁表可得）拼接頁內偏移量

9號物理塊始址為0000001001（9）

?2,查頁表，找到對應頁面在內存中的存放位置

?3,物理地址=物理塊的始址+頁內偏移量

A對應的頁號是P1,查頁表知pl存放在內存塊號p2,求P2在內存

中的始址，再求A的頁內偏移量W邏輯地址A對應的物理她址=P2

在內存中的始址+A的頁內偏移量W

?基本地址變換機構

?頁表寄存器

?存放頁表在內存中的起始地址F,頁表長度M

?進程未執(zhí)行時，F(xiàn)M放在pcb;進程被調度時，os內核把FM放在

頁表寄存器

?兩次訪存：訪頁表、訪內容

?具有快表的地址變換機構

?快表

?訪問速度遠遠高于內存的高速緩存

?存放最近訪問的頁表項的副本

?局部性原理（程序中存在大量循環(huán)）

?時間局部性：執(zhí)行了某指令（訪問數(shù)據(jù)），不久后可能再次執(zhí)行

?空間局部性：程序訪問某存儲單元，其附近的存儲單元也有可能

被訪問

?是否命中快表

?命中：一次訪存：訪快表+訪內存內容

?沒命中

?兩次訪存：訪快表+訪頁表+訪內存內容

?查完頁表后，需要將頁表項復制到快表中

?兩級頁表

?單級頁表存在問題

?所有頁表項必須連續(xù)存放，頁表過大時需要很大的連續(xù)空間

?在一段時間內并非所有頁面都用得到，因此沒必要讓整個頁表常駐內

.基本分段存儲管理

?段頁式存儲管理

內存空間的擴充

?覆蓋技術

?解決問題

?程序大小超過物理內存總和

?思想

?將程序分成多個段（多個模塊），常用段常駐內存，不常用的段在需要時調

入內存

?實現(xiàn)

?一個固定區(qū)：存放常馬主內存的段，調入后就不再調出（除非運行結束）

?若干覆蓋區(qū)：存放不常用的段，運行過程中根據(jù)需要調入調出

?特點

?按照自身邏輯，讓不可能同時被訪問的程序段共享同一個覆蓋區(qū)

?必須由程序員聲明覆蓋結構，操作系統(tǒng)完成自動覆蓋

?缺點

?對用戶不透明，增加用戶編程負擔

交換技術

?思想

?內存緊張時，系統(tǒng)將內存中的某些進程暫時換出外存，把外存中已具備運行

條件的進程換入內存

?中級調度

?決定那個處于掛起狀態(tài)的進程重新調入內存

?實現(xiàn)：磁盤存儲空間分為：

?對換區(qū)（小）:連續(xù)分配方式，存放被換出的進程數(shù)據(jù)，追求換人換出速度

（i/o速度更快）

?文件區(qū)（大）：離散分配方式，存放文件，追求存儲空間利用率

?注意

?pcb常駐內存（不會被換出外存），在掛起隊列中，根據(jù)pcb管理進程

?優(yōu)先換出阻塞進程、優(yōu)先級低的進程

優(yōu)先級低：也會考慮進程在內存的駐留時間，防止餓死

?暫時換出外存等待的進程狀態(tài)為掛起狀態(tài)，分為：阻塞掛起、就緒掛起

七態(tài)轉換圖：阻塞-阻塞掛起；阻塞掛起、就緒、運行、創(chuàng)建-就緒掛起（阻

寒不能直接到就緒掛起！?。?/p>

虛擬存儲技術

?傳統(tǒng)存儲管理方式的特征

?覆蓋與交換的區(qū)別

?覆蓋是在同一個程序