大话操作系统(2)内存管理

December 15, 2015 11:54 AM

程序运行是执行一条条指令，指令存放在存储器里，有的存储器读写快，但是容量低，比如缓冲，有的存储器容量大，但是读写速度慢，如硬盘，还有的性能介于两者之间，比如内存。我们希望所有的指令都最好放在缓冲，这样速度就会很快，但是，一方面缓冲容量小，另一方面比较昂贵，不可能所有指令都放在缓冲里，这样就需要有一个机制对这些不同的存储器进行管理，以适应不同情况下的内存分配，这便是即将提到的内存管理。

内存管理主要达到两个目标：

1.地址保护，即一个进程不能不能访问两一个进程的地址空间，使得不同进程互不干扰的工作；

2.地址独立，程序指令的地址（虚拟地址）应该是与物理主存地址无关的，这样保证在不同的硬件平台上均可以稳定的工作，我们事先不能确定在不同硬件平台上确定分配的物理地址。

虚拟内存技术：

程序执行要先载入内存在执行，以提升运行速度，现在的普通计算主存相对硬盘都很小，不可能一下将程序都直接载入内存中执行，那怎么解决这个问题呢？将磁盘空间看成主存的一部分，用户程序存放于磁盘上相当于存放于主存内。程序执行时虚拟内存尽量从缓冲满足用户的需求。

多通道内存管理：

程序加载到内存完毕后，计算物理地址（基地址），即动态地址翻译。程序运行实际的物理地址是基地址和虚拟地址的和，如果地址超过指定的极限，被视为地址出界而禁止访问，否则正常访问。

分页：内存被不同的进程分割成尺寸大小不一的空间，一段时间后会产生散布在进城之间的外部碎片。比如第一个进程使用了的200Kb的内存空间，执行完成释放掉后，接下来可能会有一个180Kb的进程使用该空间，但是剩下的20Kb就不太好再分配出去，类似的情况很常见，就会在内存空间产生很多这样的碎片。为此，对内存进行分页，即将内存按照某种规定的大小进行分配，每一个部分称为一页，然后按页进行内存分配，一个虚拟页面可以分配到任意一个物理页面。一个程序每次只加载当前需要的部分，其余部分放在磁盘上，如果需要更多的空间，为其分配一个页即可。虚拟地址由页面号号页内偏移量组成。页表提供虚拟页面到物理页面的映射。页面越大，内部碎片就越大，浪费就越多。

内存抖动，对一个不在内存的页面访问，会产生缺页中断，内存没有可用空间，变为磁盘访问，速度慢一百万倍，整个系统速率急剧下降，这种现象叫内存抖动。

页面更换：在运行时，一个程序的所有页面并不一定都在内存中，因此在执行过程中就会出现某个页面不在内存的情况，此时此生缺页中断，中断服务程序负责将位于磁盘的数据加载到物理内存，如果有空闲页面，直接使用，如果没有，挑选某个使用过的进行替换。

页面更换准则：

公平算法：

随机算法

FIFO

第二次机会（FIFO+使用频率）

时钟算法（页面访问为为0，替换，不为0，清0，找一下个）

非公平：

列表内容

最优

NRU（最近未使用）

LRU（最近使用最少）

工作集（寻找一个不属于当前工作集的页面）

段式内存管理：按照逻辑单元分成多个段，每个段使用自己独立的虚地址空间，如符号表、代码段、常数表、词法树、调用栈。同时方便共享，一个段全部共享或者全部不共享（分页无法做到）。

分段	分页
一个逻辑单元对应一个虚拟地址空间，程序编写长度不受限	一个程序最多只能和一个虚拟空间一样大
方便共享	不方便共享
容易产生外部碎片	没有外部碎片

段页式内存管理：结合两种管理方式的优点，将程序分为多个段，段内又进行分页管理。