内存管理

1、内存管理有哪几种方式？

块式管理：把主存分成一大块一大块的，当所需的程序片段不在主存时就分配一块主存空间

页式管理：把主存分成一页页的，每一页的空间要比一块空间小很多

段式管理：每段空间比一页空间小很多，在空间利用率上比块式和页式高很多，但一个程序片段可能会被分成几十段，很多时间被浪费在计算每一段的物理地址上

段页式管理：结合段式管理和页式管理的优点，把主存先分为若干页，每页又分为若干段。

2、分段和分页的区别是什么？

页是信息的物理单位，分页仅仅是由于系统管理的需要，而不是用户的需要。

段是信息的逻辑单位，它含有一组其意义相对完整的信息，分段的目的是为了能更好地满足用户的需要。

页的大小固定且由系统确定，把逻辑地址划分为页号和页内地址两部分，是由机器硬件实现的，因而一个系统只能有一种大小的页面。段的长度却不固定，决定于用户所编写的程序。分页的作业地址空间是一维的，即单一的线性空间，分段的作业地址空间是二维的，程序员在标识一个地址时，既需给出段名，又要给出段内地址。

3、虚拟内存

内存在计算机中的作用很大，电脑中所有运行的程序都需要经过内存来执行，如果执行的程序很大或很多，就会导致内存消耗殆尽。为了解决这个问题，WINDOWS运用了虚拟内存技术，即拿出一部分硬盘空间来充当内存使用，这部分空间即称为虚拟内存，虚拟内存在硬盘上的存在形式就是PAGEFILE.SYS这个页面文件。

当内存耗尽时，电脑就会自动调用硬盘来充当内存，以缓解内存的紧张。若计算机运行程序或操作所需的随机存储器(RAM)不足时，则 Windows 会用虚拟存储器进行补偿。它将计算机的RAM和硬盘上的临时空间组合。当RAM运行速率缓慢时，它便将数据从RAM移动到称为“分页文件”的空间中。将数据移入分页文件可释放RAM，以便完成工作。虚拟内存是Windows 为作为内存使用的一部分硬盘空间。虚拟内存在硬盘上其实就是为一个硕大无比的文件，文件名是PageFile.Sys，通常状态下是看不到的。

虚拟内存有什么好处？

扩大地址空间；内存保护（每个进程运行在各自的虚拟内存地址空间，互相不能干扰对方）；公平分配内存；当进程需要通信时，可采用虚存共享的方法实现。

虚拟内存的代价：虚存的管理需要建立许多数据结构，这些数据结构要占用额外的内存；

虚拟地址到物理地址的转换，增加了指令的执行时间；

页面的换入换出需要磁盘I/O，很耗费时间；

如果一页中只有一部分数据，会浪费内存。

4、内存碎片

内存碎片：由于多次进行内存分配造成的，当进行内存分配时，内存格式一般为：（用户使用段）（空白段）（用户使用段），当空白段很小的时候可能不能提供给用户足够需要的空间，这样会产生很多间隙造成使用效率的下降，这些很小的空隙叫碎片。

内碎片：分配给程序的存储空间没有用完，有一部分是程序不使用，但其他程序也没法用的空间。内碎片是处于区域内部或页面内部的存储块，在进程占有这块存储块时，系统无法利用它，直到进程释放它或进程结束时，系统才可能利用这块存储块。

外碎片：由于空间太小，小到无法给任何程序分配（不属于任何进程）的存储空间。外碎片是处于任何已分配区域或页面外部的空闲存储块，空间太小以致系统无法申请。

5、地址

虚拟地址：指由程序产生的由段选择符和段内偏移地址组成的地址。

逻辑地址：指由程序产生的段内偏移地址，有时直接把逻辑地址当成虚拟地址，两者并没有明确的界限

线性地址：指虚拟地址到物理地址变换之间的中间层，是处理器可寻址的内存地址中的地址。段基址加上段内偏移地址就生成一个线性地址

物理地址：指现在CPU外部地址总线上的寻址物理内存的地址信号，是地址变换的最终结果

虚拟地址到物理地址的转化方法：逻辑地址（段标识+段内偏移量）（查询段表）——>线性地址（查询页表）——>物理地址

若没有采用分页的形式，线性地址就是物理地址。

6、Cache替换算法

Cache(缓冲）用来提高CPU的运行效率。通常将数据从内存调入Cache，CPU再从Cache中读取数据，这样快很多。CPU从Cache中读取到有用数据称为“命中”。

Cache替换算法是影响代理缓存系统性能的一个重要因素，一个好的Cache替换算法可以产生较高的命中率。目前已经提出的算法：

（1）LRU（Least Recently Used）算法：将最近最少使用的内容替换出Cache；

（2）FIFO（First In First Out）算法：将最先进入Cache的信息块替换出去；

（3）RAND(随机）算法：用随机发生器产生一个要替换的块号，将该块替换出去；

（4）OPT（OPTimal replacement algorithm）算法：选择将来最久不被访问的页面作为被替换的页面；

（5）LFU（Lease Frequently Used）算法：将访问次数最少的内容替换出Cache；