【操作系统】第三章：连续内存分布

3.1 计算机体系结构及内存分层体系

操作系统结构

• CPU：完成基本的对程序或软件的控制

• 内存：放置程序代码和他处理的数据

  

• 外设

操作系统功能

操作系统管理内存的方法

• 程序重定位
• 分段
• 分页
• 虚拟内存
• 按需分页虚拟内存

3.2 地址空间和地址生成

地址空间定义

• 物理地址空间 — 硬件支持的地址空间（主存和磁盘）
• 逻辑地址空间— 一个运行程序所拥有的内存范围（一维的线性空间）

地址生成

• 逻辑地址的生成

• 物理地址的生成

  CPU方面

  1. 计算器需要在逻辑地址的内存内容
  2. 内存管理单元寻找在逻辑地址和物理地址之间的映射
  3. 控制器从总线发送在物理地址的内存内容的请求

  内存方面

  4. 内存发送物理地址内存的内容给CPU

  操作系统方面

  5. 建立逻辑地址和物理地址之间的映射

地址安全检查

3.3 连续内存分配

内存碎片问题

当我们给正在运行的程序分配空间之后，会出现一些空闲的空间（碎片）不能被利用

• 外部碎片

  在分配单元间未使用的内存（程序空间之间的碎片）

• 内部碎片

  在分配单元中的未使用内存（在分配给程序的空间内部出现的碎片）

分区的动态分配

• 简单的内存管理方法：
  • 当一个程序准许运行在内存中时，分配一个连续的区间
  • 分配一个连续的内存区间给运行的程序以访问数据

第一适配

• 找到第一个满足需求的空闲块立马返回

• 优点：
  • 简单
  • 易于产生更大的空闲块，向着地址空间的结尾
• 缺点
  • 容易产生外部碎片
  • 不确定性

最佳适配

• 寻找空间中最满足需求的空闲块

• 优点：
  • 大部分分配是小尺寸时非常有效
  • 比较简单
• 缺点：
  • 分配时需要先将空闲块按大小排序进行查找，降低效率
  • 易产生很多没怎么用的微小碎片

最差适配

• 寻找空间中大小最不匹配的空闲块

• 优点：
  • 分配是中等尺寸时效果最好
• 缺点：
  • 效率降低
  • 容易破碎大的空闲块导致大分区无法被分配

压缩式碎片整理

• 重置程序以合并孔洞，要求所有程序是 动态可重置的

• 何时重置？
• 开销如何？

交换式碎片整理

• 运行程序需要更多的内存，抢占等待的程序并回收他们的内存

• 选择哪些程序进行交换？
• 何时进行？