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  • 操作系统--内存管理

    内存管理:

      1. 单一分区分配:

        用于单用户、单任务的操作系统,主存被分为两部分:驻留操作系统(内存低端)、用户进程(内存高端)

      2. 多分区分配:

        满足多道程序的最简单的存储管理方案,将内存划分成若干个连续区域,称为分区;每个分区只能存储一个程序,并且程序也只能在它所驻留的分区中运行

        分区方法分为固定分区和动态分区,分区分配算法:First-Fit、Best-Fit、Worst-Fit、Next-Fit

        这种分配策略会同时存在外部碎片和内部碎片,可通过紧缩减少碎片

      3. 页式内存管理:

        允许进程的物理地址空间可以是不连续的

        逻辑地址空间中划分为页(数据块),物理地址空间划分为页帧,从逻辑地址映射到物理地址空间使用页表

        因此,每一次的数据/指令访问需要两次内存访问,可使用快表(TLB),使访问降到一次

        页表:分级页表、哈希页表、反向页表

        这种分配策略会同时存在外部碎片和内部碎片

      4. 段式内存管理:

        允许进程的物理地址空间可以是不连续的

        适应用户的角度,使用段表映射地址

        由于段的长度可变(区别于页),所以就面临动态分配问题,同样使用First-Fit、Best-Fit、Worst-Fit、Next-Fit算法

        这种分配策略只会存在外部碎片

      5. 段页式内存管理:

        先段式后页式,Linux就是这样,一个程序先被划分为若干程序段,对每一分段又分成若干个固定大小的页

    虚拟存储管理:

      通过换入换出页(段),使得进程的逻辑空间比实际占有的内存空间大得多,从而使得内存中可以驻留更多的进程(用户)

      但总的虚拟地址空间不大于物理内存和外存交换区容量之和

      1. 如何知道一个进程的某个页面在不在内存?

        页表项有一个有效-无效位,1表示在内存,0表示不在内存

      2. 发现某个页面不存在之后,有什么响应?

        产生缺页中断,要求熟悉缺页中断之后的响应流程(页面置换过程)

      3. 如果发生缺页,但此时内存中无空闲块,此时将哪个页面换出?(页面置换算法)

        这个页面置换算法要求缺页中断的次数尽可能的小

        1. FIFO算法(先来先出):容易导致Belady现象,即内存中分配的页帧越多,缺页中断的次数反而增加

        2.Optimal算法:选择未来不再使用的,或在离当前最远位置上出现的页面被置换,由于后面的数据实际不可知,所以这种算法不可实现,但通常用来作为作为对比,来衡量其他算法的效率

        3. LRU算法(最近最少使用):选择内存中最久未使用的页面被置换,这是局部性原理的合理近似,性能接近最佳算法,但由于需要记录页面使用时间的先后顺序,时间开销太大

        4. 近似LRU算法:

          1. first chance 算法:利用页表项的引用位,随机选取该位为0的页面置换

          2. second chance 算法(clock算法):同样利用引用位,遇“1”置“0”,并依然留在内存中,遇“0”置换

          3. ehanced second chance 算法:同时利用引用位和修改位,依据两者的组合淘汰页面

        5. 页面缓冲算法: 对FIFO算法的改进,通过对被置换页面的缓冲,有机会不通过访问磁盘,就找回刚被置换的页面(Windows和Linux的页面置换算法就是基于页面缓冲算法的)

      4. 那么一开始在内存中给每个进程分配多少页帧?

        在为进程分配帧时,首先应该考虑的问题是:能保证进程正常运行所需的最少帧数(也成最小物理块)

        内存中分配页帧采用的算法:

          1. 平均分配算法

          2. 按比例分配算法:根据进程的大小按比例分配

          3. 优先权分配算法:优先权高的进程适当增加份额

        当然,分配策略也可以分为固定分配和可变分配策略

        置换策略分为全局置换和局部置换

      系统抖动:进程忙于换入换出页面,从而使进程的程序没有往下执行或者执行得很慢(硬盘的指示灯一闪一闪)

        解决方法:1. 挂起若干进程

             2. 在CPU调度中引入工作集算法:选择工作集窗口大小,例如10000条指令,进程Pi的工作集Wssi = 最近一次工作集窗口内页面引用的总数,则页帧总需求数为All(Wssi),如果改数大于内存中页帧总数,就挂起一个进程,从而防止系统抖动。          

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