操作系统考研复试复习-3
第三部分：内存管理
1，为什么要进行内存管理？
因为现代计算机的程序是并发运行的，内存中存在许多进程，内存管理就是对内存中资源进行管理。
2，内存管理要做那些工作？
（1）内存空间的分配与回收
（2）地址转换
（3）内存空间的扩充
（4）各个进程存储空间的保护
3，内存空间如何分配和回收？
1，程序从外存到内存的过程？
编译：将代码编译为目标模块
链接：形成完整的装入模块的逻辑地址
分为三种方式：（1）静态链接（2）装入时动态链接（3）运行时动态链接
装入：在装入时会发生从逻辑地址到物理地址的转换
分为三种方式：
（1）绝对装入：在链接时就生成物理地址（适合单道处理机）
（2）可重定位装入【又称静态重定位】：在装入时形成物理地址（多道批处理）
（3）动态运行时装入：在运行时形成物理地址（现代操作系统）适合运行时程序位置可能会发生的OS，需要重定位寄存器的支持。
2，如何决定占用哪一块的内存？
内存空间的管理：
（1）连续分配：
单一连续分配：单道OS，将内存分为系统区和用户区
固定分区分配：【为了支持多道程序】分为分区大小相等和分区大小不等两种
利用分区表说明分区
动态分区分配：【为了提高并发性，提高内存空间的利用率】
问题：如何记录？如何分配？如何回收？
（1）记录：用空闲分区表或空闲分区链
（2）分配：动态分区分配算法：首次适应，最佳适应，最坏适应，临近适应算法
（2）非连续分配：
逻辑地址结构决定了虚拟内存寻址空间大小
PCB存放内存中的系统区中。
1，页式存储管理（产生内部碎片）：
（1）通过页表来实现地址变换（逻辑地址到物理地址），页表相当于一张索引表。
过程：逻辑地址由逻辑页号和页内偏移组成，先用页号检索页表得到相应的物理块号，物理块号与页内地址拼接形成物理地址，访问内存。
检索的过程：首先检查逻辑地址的页号是否大于页表的长度，如果大于则产生越界中断，反之，则用页号×页表项的长度+页表起始地址（页表寄存器中记录）
页式存储管理地址空间是一维的。
（2）加入快表之后的地址变换：
将页号与页表长度进行越界判断之后就根据页号查询快表（TLB），未命中，再查慢表（内存中的页表）：快表需要存储页号，并且快表为相联存储器（按内容寻址）
2，段式存储管理（产生外部碎片）：
段式存储空间管理有利于共享和信息的保护、程序的编译和动态增长，并且符合人类的编程思维。
通过段表来实现地址变换，变换过程：
首先比较段号与段的总数，如果大于，则产生越界中断，反之，则将段号×段表项长度，找到段号所对应的行，再比较段内地址与段长，如果大于，则产生越界中断，反之用物理段号加段内偏移地址即是物理地址。
段式存储空间管理是二维的，不仅要给出段数，而且要给出段长（每段长度不固定）
3，两级页表
页表需要连续存储，当程序很大时就需要很多连续的空间去存储页表项，两级页表就是页表的页表，使页表不需要连续存储，但是增加了访存的次数（3次）。
4，段页式存储
为什么需要段页式存储？结合段式存储与页式存储的优点，即方便编程，又方便计算机OS的管理。
每一个进程都有一张段表，每一个段对应一张页表，在进行地址转换时：先查段表得到该项页表的物理地址，再查页表。得到最终的物理地址。
3，内存空间的扩充——虚拟存储器
思想：将内存看作外存的高速存储器，既有内存的速度，又有外存的大小。
1，为什么要引入虚拟内存？
因为传统的内存管理有一次性和驻留性，需要每次将整个作业装入内存才能运行，且运行过程中不能换入换出（即时部分程序不常用），不利于大作业及多道并发工作。
基于局部性原理：只需要把程序的一部分装入内存就可以运行，如果运行过程中，需要不在内存中的信息，再由OS将所需要的部分调入内存即可。在运行过中，把暂时不需要的内容调出内存，换入更加需要的信息。完成多次性和对换性
2，引入虚拟内存之后需要那些变化
虚拟内存大小？如何分配页面数？如何换入换出？如何进行逻辑地址的转换？
（1）需要一些硬件支持
需要缺页中断机制和地址变换机制
（2）页表项的变化
需要增加有效位以表示该页是否在内存中，增加修改位说明该块是否进行了写操作，增加外存地址，增加访问字段以决定如何进行块的淘汰。
虚存大小由虚拟地址结构决定
（3）内存不够时如何决定让哪一页换出？——页面置换算法
FIFO：选择最先进入内存的页面淘汰，可能会造成Belady异常
OPT：最佳置换算法：向后看，选择未来访问最少的页或不再访问的页面（是无法实现的，常被用作评价其他算法的标准）
LRU：最近最少使用，开销大（需要记录每个页面的访问次数），性能好
CLOCK：为了解决LRU开销大的问题
（1）简单的clock算法：用访问位作为参考，先选择访问位为0的页面换出
在循环扫描的过程中将自己扫描过的页面的访问位置为零。
（2）改进的clock算法：选择访问位和修改位作为参考
最多进行四轮：优先级（0,0）<（0,1）<（1,0）<（1,1）
（4）如何确定给每一个进程分配的页面数目大小？三种策略：
1，固定分配，局部变换 ：每一个进程分配固定的页面数目，在自己的页面数目上进行换入换出
2，可变分配，全局置换：操作系统预留一个空白页面集，每当某一个进程发生缺页时就分配给该进程一个页面。
3，可变分配，局部置换：只有当该进程频繁出现缺页现象才分配给该进程页面。
（5）用工作集的大小确定驻留集（分配页面数）的大小
驻留集：已经分配的内存页面数
工作集：在工作窗口中的页面的集合
分配的驻留集应该大于工作集的大小
如果驻留集 < 工作集 可能会产生颠簸现象（页面频繁换入换出）
（6）如何从外存调入页面
将外存分为文件区和对换区，调入调出页面在对换区进行，为了提高对换区的换入换出速度采用连续存储，而文件区采用离散存储。
