内存上

三、内存
基础知识

内存的定义与作用

  • 内存是用来存放数据的硬件,程序执行前需要先放在内存才能被CPU处理
  • 逻辑地址
  • 物理地址
  • 编译:由编译程序将用户源代码编译成若干个目标模块(编译就是把高级语言翻译为机器语言)
  • 链接:由链接程序将编译后形成的一组目标模块,以及所需库函数链接在一起,形成一个完整的装入模块
    • 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),之后不太拆开
    • 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
    • 运行时动态链接:程序运行中需要该目标模块时,才对它进行链接。
      • 便于修改和更新,实现对于目标模块的共享
  • 装入:由装入程序将装入模块装入内存运行
    • 转入的三种方式(完成逻辑地址到物理地址的转换)
      • 绝对转入
        • 在编译时,如果知道程序将放在内存的具体地址,编译程序将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
        • 只适用于单道程序环境
        • 一般是在编译或则汇编的时候,产生最终的绝对地址
      • 静态重定位——可重定位装入
        • 装入时对地址进行"重定位",将逻辑地址转换为物理地址(地址变换时在装入时一次完成的)
        • 必须分配其要求的全部内存空间,如果没有足够的内存,就不能装入作业。作业一旦进入内存,运行期间不能再移动,也不能再次申请内存空间
      • 动态重定位——动态运行时装入
        • 装入程序把装入模块装入内存后,并不会立即把逻辑地址转换为物理地址,而是把地址转换推迟到程序真正要执行时才进行
        • 装入内存后所有地址依然时逻辑地址,这种方式需要一个重定位寄存器的支持
        • 运行程序在内存中发生移动
  • 由写程序到装入程序:[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-Pf33GlGT-1595846366419)(http://cdn.comewei.xyz/qiuniuimg/由写程序到程序运行.PNG)]

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-nTjLiy4T-1595846366421)(http://cdn.comewei.xyz/qiuniuimg/内存入门.PNG)]

内存管理
  • 内存空间的分配和回收
    • 操作系统负责内存空间的分配与回收
    • 操作系统需要提供某些技术从逻辑上对内存空间进行扩充
    • 操作系统需要提供地址转换功能,负责程序的逻辑地址与物理地址
    • 操作系统提供内存保护功能
      • 在CPU中设置一对上、下限寄存器,存放进程的上下限地址
      • 采用重定位寄存器(基址寄存器)和界地址寄存器(限长寄存器)进行越界检查。重定位寄存器中存放的是进程的起始物理地址。界地址寄存器存放的是进程的最大逻辑地址
覆盖技术
  • 解决"程序大小超过物理内存总和"
  • 将出现分为多个段,内存分为固定区和若干个"覆盖区"
  • 需要常驻内存的段放在"固定区"中,调入后就不再调出(除非运行结束)
  • 必须程序员声明覆盖结构,操作系统完成自动覆盖。缺点:对用户不透明,增加了用户编程负担。
  • 只用于早期的操作系统中,现在已成为历史
交换技术

设计思想:内存空间紧张时,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进程换入内存(进程在内存与磁盘中动态调度)

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-DoJr1pO2-1595846366423)(http://cdn.comewei.xyz/qiuniuimg/交换技术.PNG)]

内存上

内存管理
  • 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,用于存放操作系统相关数据;用户区用于存放用户进程相关数据
    • 内存中只能有一道用户程序,用户程序独占整个用户区空间
    • 实现简单,无外部碎片。
    • 只能用于单用户、单任务操作系统中,有内部碎片,存储器利g用率极低
  • 固定分区分配

    • 分区大小相等
    • 分区大小不相等
    • 建立分区说明表,来实现各个分区的分配于回收
      • 表项包括大小、起始地址、状态(是否已分配)
    • 优点:实现简单,无外部碎片
    • 缺点:
      • 当用户程序过大时,可能所有分区不能满足条件,此时不得不采用覆盖技术解决,但是会降低性能
      • 会产生内部碎片,内存利用率低
  • 动态分区分配(可变分区分配)

    • 不会预先划分内存分区,而是在进程装入内存时,根据进程动态地建立分区

    • 采用数据结构记录内存的使用情况

      • 空闲分区表(包含分区号、分区大小、起始地址、状态等信息)
      • 空闲分区链(每一个分区的起始部分和末尾部分分别设置前向指针和后向指针。确实部分还记录分区大小等信息)
    • 动态分区分配算法

    • 空闲分区表、空闲分区链的回收处理

    • 拼凑技术

      内存上

动态分区分配算法
  • 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
    • 空闲分区以地址递增的次序排序
    • 每次分配内存时,按照顺序查找空闲分区链(或空闲分区表),找到大小能满足要求的第一个空闲分区
  • 最佳适应算法(Best Fit)
    • 空闲分区按容量递增次序链接。每次分配内存时顺序查找空闲分区链(或空闲分区表),找到大小能满足要求的第一个空闲分区
  • 最坏适应算法(Worst Fit)
    • 空闲分区按容量递减次序链接。每次分配内存时顺序查找空闲分区链(或空闲分区表),找到大小能满足要求的第一个空闲分区
  • 领近适应算法(Next Fit)
    • 空闲分区以地址递增的次序排序,每次分配内存时从上次查找结束的位置开始查找空闲分区链(或空闲分区表)

内存上

基本分页存储管理基本概念

连续分配:为用户进程分配的必须时一个连续的内存空间

非连续分配:为用户进程分配的可以是一些分散的内存空间

  • 分页存储管理的基本概念

    • 将内存空间分为一个个大小相等的分区,一个分区就是一个"页框"、或称"页帧"、“内存块”、“物理块”。每一个页框都有一个编号,即"页框号",或则称为"页框号"、“内存块号”、“页帧号”、“物理块号”,页框号从0开始。

    • 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,称为"页"或"页面"。每个页面也有一个编号,即"页号",页号也是从0开始的。(注:进程的最后一个页面可能没有一个页框那么大,因此,页框不能太大,否则可能产生过大的内部碎片)

    • 操作系统以页框为单位为各个进程分配内存空间。进程的每个页面分别放入一个页框中。也就是说,进程的页面与内存的页框一一对应的。

    • 页号=逻辑地址/页面长度(取除法的整数部分)

    • 业内偏移量=逻辑地址%页面长度(取除法的余数部分)

    • 为了方便计算页号和页内偏移量,计算机往往会设置页面大小为2的整数幂

    • 内存上
      内存上