计算机操作系统(十六)：内存（一）

来源王道考研系列视频：

https://www.bilibili.com/video/BV1YE411D7nH

内存是用来存放数据的硬件，程序执行前需要先放到内存中才能被CPU处理。

内存中有一个一个的存储单元，内存地址从0开始，每个地址对应一个存储单元。

如果计算机按字节编址，每个存储单元的大小为1字节，即1B，八个二进制位。

如果字长为16位的计算机按字编址，则每个存储单元的大小为一个字；每个字的大小为16个二进制位。

逻辑地址和物理地址的转换

• 绝对装入

  在编译的时候就知道程序该放到内存的哪个位置，编译程序产生绝对地址的目标代码装入程序按照装入模块的地址，将程序和数据装入内存。

  

• 静态重定位

  编译、链接后的装入模块的地址都是从0开始的，指令中使用的地址、数据存放的地址都是相对于起始位置而言的逻辑地址，可根据内存的当前情况，将装入模块放到适当的位置，装入时对地址进行重定位，将逻辑地址变换为物理地址。

  

  特点:在一个作业装入内存的是皇后，必须分配到要求的全部空间，如果没有足够的内存，就不能装入作业。作业一旦进入内存后，在运行期间就不能再移动，也不能再申请内存空间。

• 动态重定位

  装入程序把装入模块装入内存后，并不会立刻将逻辑地址转换为物理地址，而是把地址推迟到程序真正执行时候才进行。

  因此装入内存后所有的地址依然是逻辑地址，这种方式需要一个人重定位寄存器的支持。

  

链接的三种的方式：

1. 静态链接:在程序运行之前，先将各目标模块及它们所需的库函数连接成一个完整的可执行文件(装入模块)，之后不再拆开。
2. 装入时动态链接:将各目标模块装入内存时，边装入边链接的链接方式。
3. 运行时动态链接:在程序执行中需要该目标模块时，才对它进行链接。其优点是便于修改和更新，便于实现对目标模块的共享。

小结(一)

内存管理

1. 操作系统负责内存空间的分配和回收
2. 操作系统需要提供某种技术从逻辑上对内存空间进行扩充
3. 需要提供地址转换功能，负责程序的逻辑地址和物理地址的转换。
4. 需要提供内存保护功能。保证个进程再各自的内存空间内运行，互不干扰。
   • 设置上下限寄存器
   • 利用重定位寄存器、界地址寄存器进行判断

内存空间的扩充

覆盖技术

将程序分为多个段落(多个模块)，常用的段常驻，不常用的段再需要的时候调入内存。

内存中分为一个固定区和若干个覆盖区。

需要常驻内存的段落放在固定区中，调入后就不再调出，除非运行结束。

不常用的段放在覆盖区，需要时候调入内存，用不到时调出内存。

缺点：必须由程序员声明覆盖结构，操作系统完成自动覆盖，对用户不透明，增加了编程负担。

交换技术

内存紧张时，系统将内存中的某些进程暂时换出外存，把外存中某些已具备运行条件的进程换入内存（进程在内存与磁盘间动态调度）

暂时换出外存等待的进程状态为挂起状态.

1. 在外存的对换区保存被换出的进程
2. 交换通常发生在许多进程运行且内存吃紧的时候进行，而系统负荷降低就会暂停。
3. 可优先换出阻塞的进程；可换出优先级低的进程；为了防止优先级低的进程在被调入内存后很快又被换出，有的系统还会考虑驻留时间。

小结(二)

内存空间的分配与回收（一）

连续分配

系统给用户进程分配的必须是一个连续的内存空间。

• 单一连续分配

  内存分为系统区和用户区，系统区通常位于内存的低地址部分，用于存放操作系统的相关数据。用户区用于存放用户进程的相关数据。

  内存中只有一道用户程序，用户程序独占整个用户空间。

  优缺点：实现简单；无外部碎片；可以使用覆盖技术；不一定要采取内存保护。但是只能用于单用户、单任务的操作系统；有内部碎片。

• 固定分区分配

  将整个用户划分为若干个固定大小的分区，在每个分区中只装入一道作业。

  

• 动态分区分配

  不会预先划分内存分区，而是在进程装入内存时候根据进程大小动态划分区域，并使得分区大小正好适合进程的需要。

1. 系统要用什么样的数据结构来记录内存的使用情况？

   

2. 应该选择哪个空闲分区进行分配？

   按照动态分区分配算法！

3. 如何进行分区的分配与回收？

   分配情况一：分配空间小于分区空间，直接改写分区大小和起始地址

   

   分配情况二：分配空间等于分区空间，分区数目减一

   回收情况一：回收区前后有相邻的空闲分区，将空闲分区合并

   回收情况二：回收区前后没有相邻的空闲分区，将空闲分区表增加一个表项

小结(三)

动态分配算法

首次适应算法

算法思想：每次都从最低地址开始查找，找到第一个能满足大小的空闲分区。

实现：空闲分区以地址递增的次序排列。每次分配内存时候顺序查找空闲分区链。

最佳适应算法

算法思想：优先使用更小的空闲区，留下大片的空闲区。

实现：空闲分区按照容量递增次序链接。每次分配内存时候顺序查找空闲分区链。

最坏适应算法

算法思想：优先使用更大的空闲区，留下大片的空闲区。

实现：空闲分区按照容量递减次序链接。每次分配内存时候顺序查找空闲分区链。

缺点：之后有“大进程”到达时，没有内存可以分配

邻近适应算法

算法思想：首次适应算法每次从链头开始查找。这可能导致低地址部分出现很多小的空闲分区，而每次分配查找时，都要经过这些分区，因此也增加了查找的开销。如果每次都从上次查找的位置开始检索，就能解决上述问题。

实现：空闲分区以地址递增顺序排列。每次分配内存时从上次查找结束位置开始查找空闲分区链，找到大小能满足要求的第一个空闲的分区。

小结(四)