操作系统_清华大学(向勇、陈渝)-笔记-第三章-连续内存

计算机体内存分层体系

• CPU寄存器
• cache，包括L1,L2
• 主存
• 磁盘
  形成了一个金字塔的结构，越靠近CPU速度越快、存储空间越小。

操作系统在内存管理中应该要完成的目标：

• 抽象：进程应该能够使用一段连续的内存，屏蔽了底层的细节，称之为逻辑地址空间。
• 保护：每个进程应该拥有自己独立地址空间，不能干扰别人干活。
• 共享：访问相同内存，进程之间也应该要可以互相传递数据。
• 虚拟化：暂时不用的数据可以放到disk当中，形成更多的地址空间。

地址空间以及地址生成

• 物理地址空间：硬盘、内存的地址空间，由硬件管理。
• 逻辑地址空间：程序能够看见的地址空间，是线性的。
  CPU从逻辑地址取出内容的步骤如下：

1. CPU内的ALU申请从逻辑地址取出内容。
2. CPU内的内存管理单元MMU完成逻辑地址和物理地址的映射。
3. CPU内的控制器向总线发出发送物理地址的请求。
4. 内存发送物理地址上的内容到总线上。

确保程序的地址空间互补重叠，需要建立：

• 界限存储器
• 基地址存储器
  以进行安全检查，将一个程序能够使用的内存限定在一个逻辑范围内
  

连续内存碎片

内存空间不能被利用：

• 外部碎片：在分配单元之间的未使用内存。
• 内部碎片：在分配单元内的未使用内存。

连续内存分区的动态分配：

os需要管理整个空闲与非空间的内存空间。

首次适配算法：

找到第一块能够容下当前分配的空闲地址空间。
实现：按照顺序去排序内存块，分配较慢，重分配需要合并与相邻的空闲分区。
优势：易于产生更大空闲块。
劣势：容易产生外部碎片，不确定性。

最优适配算法：

找到刚好大于当前分配的空闲地址空间。
实现：按照内存大小区排序内存块，分配较慢，重分配需要合并与相邻的空闲分区。
优势：避免了拆散大的分配块。
劣势：存在大量小的外部碎片，重分配慢。

最差适配算法：

找到最大的空闲块进行分配。
实现：按照尺寸排序空闲块，分配很快，重分配需要合并与相邻的空闲分区。
优势：避免产生太多微小的碎片，假如都是中等尺寸效果是最吼的。
劣势：重分配慢，产生外部碎片，易于破坏大的空闲块。

减小碎片的方法

压缩式碎片整理

大家一起挤一挤，把空闲的块整理出来。但是可以想象，有非常大的开销。

交换式碎片整理

内存不够了，大家挤一挤也挤不出足够的空间。
一个在等结果的程序先出去，到disk当中，释放出空间来给程序。
当然后面若程序有结果了，还要再回来的。