【王道考研 操作系统】【第三章】内存空间的分配与回收 连续分配 动态分区分配算法 分页式、分段式、段页式存储管理

目录

第一章：【王道考研 操作系统】【第一章】操作系统的概述、特征、发展、体系结构 中断与系统调用

第二章：【王道考研 操作系统】【第二章】进程概念 进程控制 进程通信 线程概念和多线程模型
【王道考研 操作系统】【第二章】处理机调度 进程调度算法
【王道考研 操作系统】【第二章】进程同步、进程互斥的实现方法 软件&硬件 优点&缺点 信号量机制
【王道考研 操作系统】【第二章】管程 用管程解决进程互斥和同步问题
【王道考研 操作系统】【第二章】死锁的概念 预防死锁 避免死锁 死锁的检测和解除

第三章 1：【王道考研 操作系统】【第三章】内存的基础知识 进程的运行原理 逻辑地址vs物理地址

第三章

2. 内存管理

2.1 内存空间的分配与回收

2.1.1 连续分配管理方式

连续分配：指为用户进程分配的必须是一个 连续的内存空间。

2.1.1.1 单一连续分配

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2.1.1.2 固定分区分配

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2.1.1.3 动态分区分配

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用什么样的数据结构记录内存的使用情况？
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当有很多个空闲分区都能满足需求时，应该选择哪个分区进行分配？

2.1.1.4 动态分区分配算法
  1. 首次适应算法 First Fit：每次从低地址开始查找，找到第一个能满足大小的空闲分区。
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  2. 最佳适应算法 Best Fit：为了保证当 ”大进程“ 到来时能有连续的大片空间，尽可能多地留下大片的空闲区，即优先选择更小的空闲区。（空闲链表需要重新排列）
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  3. 最坏适应算法 Worst Fit：为了避免留下太多小碎片，分配时优先使用最大的空闲区。（空闲链表需要重新排列）
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  4. 邻近适应算法 Next Fit：为了解决First Fit算法导致的低地址部分出现很多小的 空闲区，增加了查找的开销的问题，分配时从上次查找结束的位置开始检索。
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  • 总结
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    如何进行分区的分配与回收操作？
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2.1.2 非连续分配管理方式

为用户进程分配的可以是一些 分散的内存空间。

2.1.2.1 基本分页存储管理

  • 基本思想

    把内存分为一个个大小相等的分区——页框 / 页帧，每个页框有一个编号，即 页框号，从0开始。（页框不能太大，否则可能产生过大的内部碎片）

    将用户进程的地址空间也分为与页框大小相等的一个个区域——页 / 页面，每个页面也有一个编号，即 页号，从0开始。（进程的最后一个页面大小可能小于页框）
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  • 如何实现地址转换？
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  • 如何找到页号对应页面在内存中的起始地址——页表

    为了能知道进程的每个页面在内存中存放的位置，操作系统要 为每个进程建立一张页表。
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    页号是隐含的？
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  • 基本地址变换机构

    用于实现逻辑地址到物理地址转换的一组硬件机构。
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    流程：
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    注意！访问一个逻辑地址要访问两次内存。

  • 具有块表的地址变换机构

    基本地址变换机构的改进版本。在基本地址变换机制中，每访问一个逻辑地址，都需要查询内存中的页表，可能连续很多次查到的都是同一个页表项，产生了重复查询。

    1）局部性原理
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    2）快表

    又称 联想寄存器 TLB，是一种访问速度比内存块很多的高速缓冲存储器，用来存放当前访问的若干页表项，以加快地址变换的过程。与此对应，内存中的页表常称为 慢表。

    3）引入快表后的地址变换过程
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    查询快表的速度比查询页表的速度快很多，因此只要快表命中，就可节省很多时间。

    4）与基本地址变换的差异
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  • 两级页表

    1）单级页表存在的问题
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    2）两级页表的原理
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    3）地址转换的过程
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    4）补充
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2.1.2.2 基本分段存储管理

与“分页”最大的区别就是——离散分配时所分配地址空间的基本单位不同。

  • 基本原理

    进程的地址空间：按照程序自身的逻辑关系 划分 为若干个 段，每个段都有一个 段名，每段从0开始编址。

    内存分配规则：以段为单位进行分配，每个段 在内存中占据 连续空间，各段之间可不相邻。
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  • 分段系统的逻辑地址结构
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  • 段表

    为每个进程建立一张段映射表，称为 段表。记录了各个逻辑段到实际物理内存地址的映射关系。
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  • 地址变换过程
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    • 分段、分页管理的对比
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2.1.2.3 段页式存储管理

  • 分页、分段管理方式中最大的优缺点
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  • 段页式管理 = 分段 + 分页

    将进程按逻辑模块分段，再将各段分页，再将内存空间分为大小相同的内存块，将进程的各页面分别装入各内存块中。
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  • 逻辑地址结构
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    分段对用户是可见的，程序员编程时需要显式地给出段号、段内地址；而将段分页对用户是不可见的，系统会根据段内地址自动划分页号和页内偏移地址。

    因此，段页式管理的地址结构是二维的。

  • 地址转换过程

    一个进程会对应一个段表和多个页表。
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