内存管理学习笔记
内存管理
1. 内存共享特征
1.1. 逻辑地址与物理地址的区别
计算机在处理每一个程序时，就要为程序分配内存，每次分配内存时，都是先分配一个地址找到一块特定的内存区域，然后在这块特定的内存区域内进行内存的分配，相对于这个特定内存区域的地址叫逻辑地址，计算机内存的的实际地址叫物理地址，物理地址是从0开始的连续区域。然而，当程序执行时，这个计算机程序在计算机内存中存储位置不一定是从０开始的。
1.2. 物理内存如何划分
物理内存层面，常常会把内存划分成不同的区域。可以划分成不同大小，也可以划分成相同大小。分区，分段存储方式一般是把内存划分成不同大小的块的，而分页则是划分成相同大小的块。
1.3. 存储管理的功能
实现逻辑地址向物理地址的转换。 实现多进程下的内存分配。 对各个用户的内存空间实施保护。 必要时，对逻辑主存进行扩充。
2. 内存管理新技术
2.1. 虚拟内存
一句话，就是外存当内存用，计算机在运行程序时，只是把程序的一部分代码放入内存运行，一部分放在内存之外的虚拟内存中，当有需要的时候，直接从虚拟外存中调入即可。减小内存压力。
2.2. ubantu下设置虚拟内存
3. 地址映射
地址映射这个地方我学到了很多c++的知识。主要可以联想c++程序的开发阶段。即编写，编译，连接，运行，这四个方面。
3.1. 编译时就确定地址映射关系
c++程序在编译时，就是给那些代码分配内存空间，（除了new分配的那些内存）。如果这个时候，就把逻辑地址转换为物理地址。运行的时候，就可以直接去物理内存拿数据了。但是，这样的话，那么，程序运行时的物理地址就固定了。
3.2. 静态地址映射
运行的时候，首先装入内存任意位置，接着发生地址转换。然后就把移动程序到转换后物理地址。
3.3. 动态地址映射
程序在运行时，当执行某条语句时，通过一个特定的地址转换机构实现逻辑地址到物理地址的转换。由硬件实现，可以弄个基址寄存器，逻辑地址加上基址寄存器得到物理地址。
4. 程序的逻辑组织
4.1. 一维
由于物理地址是一维连续的空间，所以把逻辑地址也划分成一维的。
4.2. 二维
把程序分为若干模块。一个程序有代码段，数据段，栈段，特别分段。我们编译时就把这些分开，每一段都有指向指向这个段的指针和段内偏移量。 好处呢 将不同代码区分开，更加方便管理。 动态链接，运行的时候需要段这个再去链接过来。
5. 管理方式
5.1. 分区
5.1.1. 概述
- 动态分配实现地址映射
- 分区分配机构
• 主存资源信息块
• 分区描述器和空闲队列
• 分区的分配与回收
5.1.2. 分配方式
- 单一分区
- 固定分区
- 动态分区
- 概述
- 首次适应算法
- 最佳适应算法
- 最坏适应算法
5.1.3. 放置策略
5.1.4. 碎片问题和交换技术
某一时刻，内存中出现很多碎片，这些碎片互不相邻，所以内存回收时无法合并。同时，这些碎片的总容量足够大，但每一个碎片不能存储一个程序。这时，我们我们需要把这些碎片合并起来。移动已分配的内存空间到别的位置，使得碎片相邻，我们就可以合并碎片了。这种技术叫拼接技术 内存回收时拼接 当不够时再拼接 缺点： 移动已分配的内存，消耗大量cpu时间。成本太高。 当移动时，当前进程阻塞，对于对需要迅速及时响应的进程极不友好。 那么如何减少碎片化问题呢？接下来轮到分页管理登场。
5.2. 分页
5.2.1. 概述
我们把逻辑地址划分成不同的页，每一页放到物理内存的一个等大的块儿中，这样就能极大减少碎片化问题。这个和固定分区很像，但是固定分区并没有划分逻辑地址，如果分页的页数只有一页，那就和固定分区一样了。每一页的大小与物理内存快的大小相等，为2的n次幂。
5.2.2. 页面地址映射
页面如何映射到内存块，答案是采用页表。一个页表最基本要有两个字段：页号，物理内存快号。 逻辑地址组成：页号x，页内偏移量y 页表的存储： １．可以放在内存中。这样访问一个数据就要访问两次内存。 ２．放在cache中。提高查找速度，同时成本太高了。 ３．一部分页表放在内存中，一部分放在cache中。访问数据中，首先查找cache中的页表（快），如果有，则去访问物理内存，直接拿数据。如果没有，则到内存中去查找，接着把条记录放到cache中，cache中满了咋办，一般淘汰最先进入的那条记录。 好像操作系统学过这玩意儿，当时考试还没回答上来。现在一想，cache中可以用队列来存这玩意儿，一旦队列满了，就出队列。
5.2.3. 请调策略
当访问的页面不在内存中，就要从虚拟内存中调入页面。如何判断页面在不在内存中？如果不在，在哪里？ １．第一个问题，我们可以给页表加入一个中断位i，i == 0表示在内存中，i!=0表示不在内存中。 ２．第二个问题可以通过加一个外存地址字段。 访问页表大概的流程如下： 访问页表，查看中断位。如果中断位为0，说明页面在内存中，直接去物理内存中拿数据。如果中断位为不为０，发生缺页中断，cpu保护现场，阻塞当前进程，转入调页程序，将外存中的页面放入内存中，更改页面中断位为1，唤醒当前进程，当前进程去内存中拿数据。
5.2.4. 放置策略
5.2.5. 淘汰策略
从外存中索取页面放入内存中，内存空间已满，则需要淘汰内存某些页面。 抖动现象：要是淘汰算法没设计好，可能出现这样一种情况，内外存频繁交换，系统效率急剧下降，这种现象叫抖动或者颠簸。
- 缺页率：程序页面总数s，在虚拟内存中页面的个数f，缺页率 ＝ f/s;
- FIFO(先进先出算法)： 队列。先淘汰最先进入的页面，因为他在内存中驻留最久。物理内存3个内存块。1入队列，2入队列，3入队列。4来了，发现队列满了，1出队列，4入队列。注意：4来了是为了置换1,所以与1的物理地址一样。但是再逻辑队列中，4实际上占用了3的位置。缺点：当队列满了以后，后面要不断的出队入队。一个出队的页面可能后面又要用到。改进：可以增加队列长度，增加缺页率。科学家Bleady发现缺页率随着内存大小增加而增加,真tm奇怪。
- OPT(最佳适应算法)：FIFO算法无非就是你出队列的页面将来可能由用到，那么先淘汰很久才使用或者不使用的页面。那么，怎么知道页面访问序列，这是个复杂的问题。这些算法都是实现知道了页面访问的情况，我们思考问题的时候，也可以这样，假设我们已经知道了一些条件，解决关键问题以后，再去靠近这个方案。科学家怎么解决这个问题：我过去的使用情况可不可以来预测未来使用情况，由过去的情况区预测将来。
- 最久未使用淘汰算法(LRU)：淘汰过去最久没有使用过的页面。实现方式：１．每一个页面增加一个时间字段，增加一个逻辑时间，当这个页面被访问过一次，就把逻辑时间复制到这个时间字段，淘汰的时候直接淘汰时间字段值最小的那个页面。２．利用栈实现每次访问一个页面，就把这个页面入栈，当访问的页与栈中页相同时，就把栈中这个页拿出，重新入栈。则栈底元素就是最久没有被访问的页。
- 最不经常使用算法(LFU)：把一段时间内使用次数最少的页淘汰。可对每一页设置一个计数器，一段时间内，这一页被访问一次，计数器就加一，最后淘汰计数器值最小的那个页。这和LRU算法有着本质区别，一段时间内使用最少的页不一定是最久未使用的页。
