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【王道考研】操作系统之内存管理

2021-12-19 19:58:17 作者：互联网

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第三章--内存管理

1，内存的基础知识

内存是用于存放数据的硬件。程序执行前需要先放到内存中才能被CPU处理。

地址：地址又分相对地址和绝对地址。相对地址又称为逻辑地址，绝对地址又称为物理地址。
从写程序到程序运行

小总结：

2，内存管理的概念

3，覆盖与交换

覆盖技术：

交换技术：

总结：

4，内存空间的分配与回收

1，连续分配管理方式

单一连续分配
固定分区分配
动态分区分配

提醒式总结：

2，动态分区分配算法

1，首次适应算法
2，最佳适应算法
3，最坏适应算法
4，邻近适应算法

提醒式小总结：

3，非连续分配管理方式

基本分页存储管理

不是小节的小节：

基本地址变换机构：

一道例题：

基本地址变换机构小节：
具有块表的地址变换机构

引入快表后，地址的变换过程如下：

提醒式小节：

5，两级页表

提醒式小节：

6，基本分段存储管理方式

分段

段表
分段、分页管理的对比

分段比分页更容易实现信息的共享和保护。

提醒式小节：

7，段页式管理方式

分段、分页的优缺点：

段页式管理的逻辑地址结构：

提醒式小节：

8，虚拟内存的基本概念

传统存储管理方式的特征、缺点：

局部性原理：

虚拟内存的定义和特征：

如何实现虚拟内存技术：

提醒式小节：

9，请求分页管理方式

页表机制
缺页中断

提醒式小节：

1，页面置换算法

1，最佳置换算法（OPT）

最佳置换算法（OPT，Optimal)：每次选择淘汰的页面将是以后永不使用，或者在最长时间内不再被访问的页面，这样可以保证最低的缺页率。

例题助力理解：

最佳置换算法可以保证最低的缺页率，但实际上，只有在进程执行的过程中才能知道接下来会访问到的是哪个页面。操作系统无法提前预判页面访问序列。因此，最佳置换算法是无法实现的。

2，先进先出置换算法（FIFO）

FIFO 算法：每次选择淘汰的页面是最早进入内存的页面。

实现方法：把调入内存的页面根据调入的先后顺序排成一个队列，需要换出页面时选择队头页面即可。队列的最大长度取决于系统为进程分配了多少个内存块。（注意新调入的页面放在队尾）。

例题助力理解：

注意：

3，最近最久未使用置换算法（LRU）

最近最久未使用置换算法（LRU，least recently used）：每次淘汰的页面是最近最久未使用的页面。

实现方法：赋予每个页面对应的页表项中，用访问字段记录该页面自上次被访问以来所经历的时间t。

当需要淘汰一个页面是，选择先有页面中t 值最大的，及最近以来最久未使用的页面。

例题助力理解：

注意：该算法的实现需要专门的硬件支持,虽然算法性能好,但是实现困难，开销大。最接近最佳置换算法。

4，时钟置换算法（CLOCK)

最佳置换算法性能最好，但无法实现；先进先出置换算法实现简单，但算法性能差；最近最久未使用置换算法性能好，是最接近OPT算法性能的，但是实现起来需要专门的硬件支持，算法开销大。
时钟置换算法是一种性能和开销较均衡的算法，又称 CLOCK 算法，或最近未用算法(NRU，Not Recently Used)

简单的 CLOCK 算法

简单的CLOCK算法实现方法:为每个页面设置一个访问位，再将内存中的页面都通过链接指针链接成一个循环队列。当某页被访问时，其访问位置为1。当需要淘汰一个页面时，只需检查页的访问位。如果是0，就选择该页换出;如果是1，则将它置为0，暂不换出，继续检查下一个页面，若第一轮扫描中所有页面都是1，则将这些页面的访问位依次置为0后，再进行第二轮扫描（第二轮扫描中一定会有访问位为0的页面，因此简单的 CLOCK 算法选择一个淘汰页面最多会经过两轮扫描)

例题：

注意：在选择淘汰一个页面的时候，我们淘汰的是访问位为0，最近没有访问过的。

改进型的时钟置换算法

简单的时钟置换算法仅考虑到一个页面最近是否被访问过。事实上，如果被淘汰的页面没有被修改过,就不需要执行 I/O 操作写回外存。只有被淘汰的页面被修改过时，才需要写回外存。
因此，除了考虑一个页面最近有没有被访问过之外，操作系统还应考虑页面有没有被修改过。在其他条件都相同时，应优先淘汰没有修改过的页面，避免I/O操作。这就是改进型的时钟置换算法的思想。修改位=0，表示页面没有被修改过;修改位=1，表示页面被修改过。

算法规则：

提醒式小节：