什么是內(nèi)存管理？總的來說系統(tǒng)內(nèi)存管理包括物理內(nèi)存管理和虛擬內(nèi)存管理。這里給大家分享一些關(guān)于操作系統(tǒng)內(nèi)存管理知識(shí)，希望對(duì)大家能有所幫助。
物理內(nèi)存管理概述:
操作系統(tǒng)負(fù)責(zé)內(nèi)存空間的分配與回收
內(nèi)存空間的擴(kuò)展：操作系統(tǒng)需要提供某種技術(shù)從邏輯上對(duì)內(nèi)存空間進(jìn)行擴(kuò)充
操作系統(tǒng)需要提供地址轉(zhuǎn)換功能，負(fù)責(zé)程序的邏輯地址與物理地 址的轉(zhuǎn)換
操作系統(tǒng)需要提供內(nèi)存保護(hù)功能。保證各進(jìn)程在各自存儲(chǔ)空間內(nèi) 運(yùn)行，互不干擾
內(nèi)存空間的擴(kuò)展:
覆蓋技術(shù):將程序分為多個(gè)段(多個(gè)模塊)。 常用的段常駐內(nèi)存，不常用的段在需要時(shí)調(diào)入內(nèi)存。內(nèi)存中分為一個(gè)“固定區(qū)”和若干個(gè)“覆蓋區(qū)”。 需要常駐內(nèi)存的段放在“固定區(qū)”中，調(diào)入后就不再 調(diào)出(除非運(yùn)行結(jié)束) 不常用的段放在“覆蓋區(qū)”，需要用到時(shí)調(diào)入內(nèi)存， 用不到時(shí)調(diào)出內(nèi)存。
交換技術(shù)：交換(對(duì)換)技術(shù)的設(shè)計(jì)思想：內(nèi)存空間緊張時(shí)，系統(tǒng)將內(nèi)存中某些進(jìn)程暫時(shí)換出外存，把外存中 某些已具備運(yùn)行條件的進(jìn)程換入內(nèi)存(進(jìn)程在內(nèi)存與磁盤間動(dòng)態(tài)調(diào)度)
于操作系統(tǒng)內(nèi)存管理知識(shí)，希望對(duì)大家能有所幫助。
非連續(xù)分配管理方式
連續(xù)分配：為用戶進(jìn)程分配的必須是一個(gè)連續(xù)的內(nèi)存空間。
非連續(xù)分配：為用戶進(jìn)程分配的可以是一些分散的內(nèi)存空間。
什么是分頁(yè)存儲(chǔ)：
將內(nèi)存空間分為一個(gè)個(gè)大小相等的分區(qū)(比如：每個(gè)分區(qū)4KB)，每個(gè)分區(qū)就是一個(gè)“頁(yè)框”(頁(yè)框=頁(yè)幀=內(nèi)存塊=物理 塊=物理頁(yè)面)。每個(gè)頁(yè)框有一個(gè)編號(hào)，即“頁(yè)框號(hào)”(頁(yè)框 號(hào)=頁(yè)幀號(hào)=內(nèi)存塊號(hào)=物理塊號(hào)=物理頁(yè)號(hào))，頁(yè)框號(hào)從0開始。
將進(jìn)程的邏輯地址空間也分為與頁(yè)框大小相等的一個(gè)個(gè)部分， 每個(gè)部分稱為一個(gè)“頁(yè)”或“頁(yè)面” 。每個(gè)頁(yè)面也有一個(gè)編號(hào)， 即“頁(yè)號(hào)”，頁(yè)號(hào)也是從0開始。
操作系統(tǒng)以頁(yè)框?yàn)閱挝粸楦鱾€(gè)進(jìn)程分配內(nèi)存空間。進(jìn)程的每個(gè)頁(yè)面分別放入一個(gè)頁(yè)框中。也就是說，進(jìn)程的頁(yè)面與內(nèi)存的頁(yè) 框有一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。 各個(gè)頁(yè)面不必連續(xù)存放，可以放到不相鄰的各個(gè)頁(yè)框中。
(注：進(jìn)程的最后一個(gè)頁(yè)面可能沒有一個(gè)頁(yè)框那么大。也就是 說，分頁(yè)存儲(chǔ)有可能產(chǎn)生內(nèi)部碎片，因此頁(yè)框不能太大，否則 可能產(chǎn)生過大的內(nèi)部碎片造成浪費(fèi))
具有快表的地址變換機(jī) 構(gòu)：
快表，又稱聯(lián)想寄存器(TLB， translation lookaside buffer )，是一種訪問速度比內(nèi)存快很多的高速緩存(TLB不是內(nèi)存!)，用來存放最近訪問的頁(yè)表項(xiàng)的副本，可以加速地址變換的速度。 與此對(duì)應(yīng)，內(nèi)存中的頁(yè)表常稱為慢表。
引入快表后，地址的變換過程：
① CPU給出邏輯地址，由某個(gè)硬件算得頁(yè)號(hào)、頁(yè)內(nèi)偏移量，將頁(yè)號(hào)與快表中的所有頁(yè)號(hào)進(jìn)行比較。
② 如果找到匹配的頁(yè)號(hào)，說明要訪問的頁(yè)表項(xiàng)在快表中有副本，則直接從中取出該頁(yè)對(duì)應(yīng)的內(nèi)存塊 號(hào)，再將內(nèi)存塊號(hào)與頁(yè)內(nèi)偏移量拼接形成物理地址，最后，訪問該物理地址對(duì)應(yīng)的內(nèi)存單元。因此， 若快表命中，則訪問某個(gè)邏輯地址僅需一次訪存即可。
③ 如果沒有找到匹配的頁(yè)號(hào)，則需要訪問內(nèi)存中的頁(yè)表，找到對(duì)應(yīng)頁(yè)表項(xiàng)，得到頁(yè)面存放的內(nèi)存塊 號(hào)，再將內(nèi)存塊號(hào)與頁(yè)內(nèi)偏移量拼接形成物理地址，最后，訪問該物理地址對(duì)應(yīng)的內(nèi)存單元。因此， 若快表未命中，則訪問某個(gè)邏輯地址需要兩次訪存(注意：在找到頁(yè)表項(xiàng)后，應(yīng)同時(shí)將其存入快表， 以便后面可能的再次訪問。但若快表已滿，則必須按照一定的算法對(duì)舊的頁(yè)表項(xiàng)進(jìn)行替換)
局部性原理:
時(shí)間局部性：如果執(zhí)行了程序中的某條指令，那么不久后這條指令很 有可能再次執(zhí)行;如果某個(gè)數(shù)據(jù)被訪問過，不久之后該數(shù)據(jù)很可能再 次被訪問。(因?yàn)槌绦蛑写嬖诖罅康难h(huán))
空間局部性：一旦程序訪問了某個(gè)存儲(chǔ)單元，在不久之后，其附近的 存儲(chǔ)單元也很有可能被訪問。(因?yàn)楹芏鄶?shù)據(jù)在內(nèi)存中都是連續(xù)存放 的)
分段存儲(chǔ)管理方式:
進(jìn)程的地址空間：按照程序自身的邏輯關(guān)系劃分為若干個(gè)段，每個(gè)段都有一個(gè)段名(在低級(jí)語(yǔ)言 中，程序員使用段名來編程)，每段從0開始編址 內(nèi)存分配規(guī)則：以段為單位進(jìn)行分配，每個(gè)段在內(nèi)存中占據(jù)連續(xù)空間，但各段之間可以不相鄰。
分段、分頁(yè)管理的對(duì)比：
頁(yè)是信息的物理單位。分頁(yè)的主要目的是為了實(shí)現(xiàn)離散分配，提高內(nèi)存利用率。分頁(yè)僅僅是系統(tǒng)管 理上的需要，完全是系統(tǒng)行為，對(duì)用戶是不可見的。
段是信息的邏輯單位。分段的主要目的是更好地滿足用戶需求。一個(gè)段通常包含著一組屬于一個(gè)邏輯模塊的信息。分段對(duì)用戶是可見的，用戶編程時(shí)需要顯式地給出段名。
頁(yè)的大小固定且由系統(tǒng)決定。段的長(zhǎng)度卻不固定，決定于用戶編寫的程序。
分頁(yè)的用戶進(jìn)程地址空間是一維的，程序員只需給出一個(gè)記憶符即可表示一個(gè)地址。
分段的用戶進(jìn)程地址空間是二維的，程序員在標(biāo)識(shí)一個(gè)地址時(shí)，既要給出段名，也要給出段內(nèi)地址。
分段比分頁(yè)更容易實(shí)現(xiàn)信息的共享和保護(hù)。不能被修改的代碼稱為純代碼或可重入代碼(不屬于臨 界資源)，這樣的代碼是可以共享的。可修改的代碼是不能共享的。
虛擬內(nèi)存管理
傳統(tǒng)存儲(chǔ)管理方式的特征、缺點(diǎn)：
一次性：作業(yè)必須一次性全部裝入內(nèi)存后才能開始運(yùn)行。這會(huì)造成兩個(gè)問題：
①作業(yè)很大時(shí)，不能全 部裝入內(nèi)存，導(dǎo)致大作業(yè)無法運(yùn)行;
②當(dāng)大量作業(yè)要求運(yùn)行時(shí)，由于內(nèi)存無法容納所有作業(yè)，因此只 有少量作業(yè)能運(yùn)行，導(dǎo)致多道程序并發(fā)度下降。
駐留性：一旦作業(yè)被裝入內(nèi)存，就會(huì)一直駐留在內(nèi)存中，直至作業(yè)運(yùn)行結(jié)束。事實(shí)上，在一個(gè)時(shí)間段 內(nèi)，只需要訪問作業(yè)的一小部分?jǐn)?shù)據(jù)即可正常運(yùn)行，這就導(dǎo)致了內(nèi)存中會(huì)駐留大量的、暫時(shí)用不到的 數(shù)據(jù)，浪費(fèi)了寶貴的內(nèi)存資源。
虛擬內(nèi)存的定義和特征:
基于局部性原理，在程序裝入時(shí)，可以將程序中很快 會(huì)用到的部分裝入內(nèi)存，暫時(shí)用不到的部分留在外存， 就可以讓程序開始執(zhí)行。
在程序執(zhí)行過程中，當(dāng)所訪問的信息不在內(nèi)存時(shí)，由 操作系統(tǒng)負(fù)責(zé)將所需信息從外存調(diào)入內(nèi)存，然后繼續(xù) 執(zhí)行程序。
若內(nèi)存空間不夠，由操作系統(tǒng)負(fù)責(zé)將內(nèi)存中暫時(shí)用不 到的信息換出到外存。
在操作系統(tǒng)的管理下，在用戶看來似乎有一個(gè)比實(shí)際 內(nèi)存大得多的內(nèi)存，這就是虛擬內(nèi)存
虛擬內(nèi)存有三個(gè)主要特征：
多次性：無需在作業(yè)運(yùn)行時(shí)一次性全部裝入內(nèi)存，而是允許被分成多次調(diào)入內(nèi)存。
對(duì)換性：在作業(yè)運(yùn)行時(shí)無需一直常駐內(nèi)存，而是允許在作業(yè)運(yùn)行過程中，將作業(yè)換 入、換出。
虛擬性：從邏輯上擴(kuò)充了內(nèi)存的容量，使用戶看到的內(nèi)存容量，遠(yuǎn)大于實(shí)際的容量。
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