凡客诚品官方网站首页,wordpress 固定链接 无法访问,wordpress会员模板,南京汤山建设银行网站文章目录1 内存概念1.1 内存作用1.2 逻辑地址VS物理地址1.3 装入的三种方式1.3.1 绝对装入1.3.2 可重定位装入1.3.3 动态重定位装入1.4 链接的三种方式1.4.1 静态链接1.4.2 装入时动态链接1.4.3 运行时动态链接1.5 内存的基础知识小结2 内存管理2.1 内存管理的任务2.2 内存保护…
文章目录1 内存概念1.1 内存作用1.2 逻辑地址VS物理地址1.3 装入的三种方式1.3.1 绝对装入1.3.2 可重定位装入1.3.3 动态重定位装入1.4 链接的三种方式1.4.1 静态链接1.4.2 装入时动态链接1.4.3 运行时动态链接1.5 内存的基础知识小结2 内存管理2.1 内存管理的任务2.2 内存保护的两种方法2.3 内存管理小结3 内存空间扩充3.1 内存空间扩充之覆盖技术3.2 内存空间扩充之交换技术3.3 覆盖与交换技术小结4 内存空间分配4.1 单一连续分配4.2 固定分区分配4.3 动态分区分配4.4 连续分配管理小结4.5 动态分区分配算法4.5.1 首次适应算法4.5.2 最佳适应算法4.5.3 最坏大适应算法4.5.4 邻近适应算法4.5.5 动态分区分配算法小结1 内存概念
1.1 内存作用
内存可存放数据。程序执行前需要先放到内存中才能被CPU处理一一缓和CPU与硬盘之间的速度矛盾 思考在多道程序环境下系统中会有多个程序并发执行也就是说会有多个程序的数据需要同时放到内存中。那么如何区分各个程序的数据是放在什么地方的呢 方案给内存的存储单元编地址 内存地址相当于酒店旅馆中的小房间酒店管理者为了便于管理每个房间采取给每个房间编号 内存中也有一个一个的“小房间”每个小房间就是一 个“存储单元” 如果计算机“按字节编址” 则每个存储单元大小为1字节即1B即8个二进制位 如果字长为16位的计算机 “按字编址”则每个存储单元大小为1个字每个字的大小为16个二进制位 存储单元大小由计算机按字编址还是按字节编址来确定 一台手机/电脑有4GB内存是指该内存中可以存放4X2 30个字节。 如果是按字节编址的 话也就是有4X2 30232个“小房间” 这么多“小房间”需要232个地址才能一一标识所以地址需要用32个二进制位来表示0~232-1 2101K 千 2201M 兆百万 2301G 十亿千兆 可以通过内存的大小让我们确定地址长度应该是多少即要多少个二进制位才能表示相应数目的存储单元 1.2 逻辑地址VS物理地址
实际生活中的例子 宿舍四个人一起出去旅行四个人的学号尾号分别是0、1、2、3。 住酒店时酒店给你们安排了4个房号相连的房间。四个人按学号递增次序入住房间。比如0、1、2、3号同学分别入住了5、6、7、8号房间。 四个人的编号0、1、2、3其实是一个“相对位置”而各自入住的房间号是一个“绝对位置”。 只要知道0号同学住的是房号为N的房间那么M号同学的房号一定是NM。 指令中的地址也可以采用这种思想。编译时产生的指令只关心“相对地址”实际放入内存中时再想办法根据起始位置得到“绝对地址”。
相对地址又称逻辑地址绝对地址又称物理地址。 从写程序到程序运行 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装入装载由装入程序将装入模块装入内存运行 程序经过编译、链接后生成的指令中指明的是逻辑地址相对地址即相对于进程的起始地址而言的地址
如何将指令中的逻辑地址转换为物理地址 策略三种装入方式 绝对装入可重定位装入静态重定位动态运行时装入动态重定位 1.3 装入的三种方式
1.3.1 绝对装入 绝对装入在编译时如果知道程序将放到内存中的哪个位置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中的地址将程序和数据装入内存。 编译、链接后得到的装入模块的指令直接就使用了绝对地址。 绝对装入只适用于单道程序环境。 程序中使用的绝对地址可在编译或汇编时给出也可由程序 员直接赋予。通常情况下都是编译或汇编时再转换为绝对地址。
1.3.2 可重定位装入 静态重定位又称可重定位装入。编译、链接后的装入模块的地址都是从0开始的指令中使用的地址、数据存放的地址都是相对于起始地址而言的逻辑地址。可根据内存的当前情况将装入模块装入到内存的适当位置。装入时对地址进行“重定位”将逻辑地址变换为物理地址地址变换是在装入时一次完成的。 静态重定位的特点是在一个作业装入内存时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该作业。 作业一旦进入内存后在运行期间就不能再移动也不能再申请内存空间。
1.3.3 动态重定位装入
动态重定位又称动态运行时装入。编译、链接后的装入模块的地址都是从0开始的。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。因此装入内存后所有的地址依然是逻辑地址。这种方式需要一个重定位寄存器的支持。
1.4 链接的三种方式
1.4.1 静态链接 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 之后不再拆开。 1.4.2 装入时动态链接 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。 1.4.3 运行时动态链接 运行时动态链接在程序执行中需要该目标模块时才对它进行链接。其优点是便于修改和更新便于实现对目标模块的共享。 1.5 内存的基础知识小结 2 内存管理
2.1 内存管理的任务
操作系统作为系统资源的管理者当然也需要对内存进行管理要管些什么呢 1.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种技术从逻辑上对内存空间进行扩充 游戏GTA的大小超过60GB按理来说这个游戏程序运行之前需要把60GB数据全部放入内存。然而实际我的电脑内存才12GB但为什么这个游戏可以顺利运行呢 ——虚拟技术操作系统的虚拟性 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的转换 为了使编程更方便程序员写程序时应该只需要关注指令、数据的逻辑地址。而逻辑地址到物理地址的转换这个过程称为地址重定位应该由操作系统负责这样就保证了程序员写程序时不需要关注物理内存的实际情况。 三种装入方式实现逻辑地址与物理地址的转换 操作系统需要提供内存保护功能。保证各进程在各自存储空间内运行互不干扰 使得各个进程只能访问自己的内存空间 2.2 内存保护的两种方法 方法一在CPU中设置一对上、下限寄存器存放进程的上、下限地址。进程的指令要访问某个地址时CPU检查是否越界。 方法二采用重定位寄存器又称基址寄存器和界地址寄存器又称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。界地址寄存器中存放的是进程的最大逻辑地址。 2.3 内存管理小结 3 内存空间扩充 3.1 内存空间扩充之覆盖技术
引入覆盖技术用来解决“程序大小超过物理内存总和”的问题
覆盖技术的思想 将程序分为多个段多个模块。 常用的段常驻内存不常用的段在需要时调入内存。 内存中分为一个“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 不常用的段放在“覆盖区”需要用到时调入内存 用不到时调出内存 由图可见未使用覆盖技术时程序执行需要使用8K8K10K12K4K10K52K的内存空间 采用覆盖技术后需要8K10K12K30K的内存空间 必须由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。 覆盖技术只用于早期的操作系统中现在已成为历史。
3.2 内存空间扩充之交换技术 交换对换技术的设计思想内存空间紧张时系统将内存中某些进程暂时换出外存把外存中某些已具备运行条件的进程换入内存进程在内存与磁盘间动态调度 暂时换出外存等待的进程状态为挂起状态挂起态suspend 挂起态又可以进一步细分为就绪挂起、阻塞挂起两种状态 . 中级调度内存调度就是要决定将哪个处于挂起状态的进程重新调入内存。 交换技术面临的问题
应该在外存磁盘的什么位置保存被换出的进程什么时候应该交换应该换出哪些进程 具有对换功能的操作系统中通常把磁盘空间分为文件区和对换区两部分。 1文件区主要用于存放文件主要追求存储空间的利用率因此对文件区空间的管理采用离散分配方式 2对换区空间只占磁盘空间的小部分被换出的进程数据就存放在对换区。由于对换的速度直接影响到系统的整体速度因此对换区空间的管理主要追求换入换出速度因此通常对换区采用连续分配方式。 3总之对换区的I/O速度比文件区的更快。 交换通常在许多进程运行且内存吃紧时进行而系统负荷降低就暂停。 例如在发现许多进程运行时经常发生缺页就说明内存紧张此时可以换出一些进程 如果缺页率明显下降就可以暂停换出。 可优先换出阻塞进程可换出优先级低的进程为了防止优先级低的进程在被调 入内存后很快又被换出有的系统还会考虑进程在内存的驻留时间… 注意虽然交换技术会将内存中某些进程暂时换出外存但进程的PCB会常驻内存不会被换出外存
3.3 覆盖与交换技术小结 4 内存空间分配
内存空间分配可分为连续分配管理方式和非连续分配管理方式
连续分配指为用户进程分配的必须是一个连续的内存空间
4.1 单一连续分配 在单一连续分配方式中内存被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。 单一连续分配 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。 优点实现简单无外部碎片可以采用覆盖技术扩充 内存不一定需要采取内存保护eg早期的PC操作系统MS-DOS。 缺点只能用于单用户、单任务的操作系统中有内部碎片存储器利用率极低。 4.2 固定分区分配
20世纪60年代出现了支持多道程序的系统为了能在内存中装入多道程序且这些程序之间又不会相互干扰于是将整个用户空间划分为若干个固定大小的分区在 每个分区中只装入一道作业这样就形成了最早的、最 简单的一种可运行多道程序的内存管理方式。 固定分区分配可分为分区大小相等、分区.大小不等两种类型 分区大小相等缺乏灵活性但是很适合用于用一台计 算机控制多个相同对象的场合比如钢铁厂有n个相 同的炼钢炉就可把内存分为n个大小相等的区域存放 n个炼钢炉控制程序 分区大小不等增加了灵活性可以满足不同大小的进 程需求。根据常在系统中运行的作业大小情况进行划分 比如划分多个小分区、适量中等分区、少量大分区 操作系统需要建立一个数据结构——分区说明表来实现各个分区的分配与回收。每个表项对应一个分区通常按分区大小排列。每个表项包括对应分区的 大小、起始地址、状态是否已分配。
分区号大小MB起始地址M状态128未分配2210未分配3412已分配····························
用数据结构 的数组或 链表即可 表示这个表 当某用户程序要装入内存时由操作系统内核程序根据用户程序大小检索该表 从中找到一个能满足大小的、未分配的分区将之分配给该程序然后修改状 态为“已分配”。 优点实现简单无外部碎片。 缺点a.当用户程序太大时可能所有的分区都不能满足需求此时不得不采用覆盖技术来解决但这又会降低性能 b.会产生内部碎片内存利用率低。 4.3 动态分区分配 动态分区分配又称为可变分区分配。这种分配方式不会预先划分内存分区而是在进程装入内存时 根据进程的大小动态地建立分区并使分区的大小正好适合进程的需要。因此系统分区的大小和数目是可变的。 动态分区分配核心问题 1.系统要用什么样的数据结构记录内存的使用情况 2.当很多个空闲分区都能满足需求时应该选择哪个分区进行分配 3.如何进行分区的分配与回收操作 系统要用什么样的数据结构记录内存的使用情况 两种常用的数据结构空闲分区表和空闲分区链 每一时刻系统分配如下 采用空闲分区表 空闲分区表每 个空闲分区对应 一个表项。表项 中包含分区号、 分区大小、分区 起始地址等信息
分区号大小MB起始地址M状态1208空闲21032空闲3460空闲
空闲分区链 空闲分区链每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。起始部分处还可记录分区大小等信息 当很多个空闲分区都能满足需求时应该选择哪个分区进行分配 现有进程5(4MB)调入内存应该用最大的分区进行分配还是用最小的分区进行分配又或是用地址最低的部分进行分配 把一个新作业装入内存时须按照一定的动态分区分配算法从空闲分区表或空闲分区链中选出一个分区分配给该作业。 如何进行分区的分配与回收操作 假设系统采用的数据结构是“空闲分区表”… 如 何 分 配 情况一回收区的后面有一个相邻的空闲分区 此时分区表是
分区号大小MB起始地址M状态11032空闲2460空闲
假设此时进程4运行结束将进程4占用的4M内存空间回收而后面有一块10M的相邻空闲区 此时空闲分区表
分区号大小MB起始地址M状态11428空闲2460空闲
两个相邻的空闲分区合并为一个 情况二回收区的前面有一个相邻的空闲分区 此时空闲分区表
分区号大小MB起始地址M状态1208空闲21032空闲
假设此时进程3运行结束将进程3占用的18M内存空间回收而前面有一块10M的相邻空闲区
此时空闲分区表
分区号大小MB起始地址M状态1208空闲22832空闲
两个相邻的空闲分区合并为一个 情况三回收区的前、后各有一个相邻的空闲分区 此时空闲分区表
分区号大小MB起始地址M状态1208空闲21032空闲3460空闲
假设此时进程4运行结束将进程4占用的4M内存空间回收而后面有一块10M的相邻空闲区前面有一块20M的内存空间
分区号大小MB起始地址M状态1348空闲2460空闲
三个相邻的空闲分区合并为一个 情况四回收区的前、后都没有相邻的空闲分区 此时空闲分区表
分区号大小MB起始地址M状态1460空闲
假设此时进程2运行结束将进程2占用的14M内存空间回收而后面有一块4M的不相邻空闲区 此时空闲分区表
分区号大小MB起始地址M状态11428空闲2460空闲
注各表项的顺序不一定按照地址递增顺序排列具体的排列方式需要依据动态分区分配算法来确定。 动态分区分配又称为可变分区分配。这种分配方式不会预先划分内存分区而是在进程装入内存时 根据进程的大小动态地建立分区并使分区的大小正好适合进程的需要。因此系统分区的大小和数目是可变的。 动态分区分配没有内部碎片但是有外部碎片。 内部碎片分配给某进程的内存区域中如果有些部分没有用上。 外部碎片是指内存中的某些空闲分区由于太小而难以利用。 如果内存中空闲空间的总和本来可以满足某进程的要求 但由于进程需要的是一整块连续的内存空间因此这些 “碎片”不能满足进程的需求。 可以通过紧凑拼凑Compaction技术来解决外部碎片。 进程1如何分配内存空间 紧凑法挪位 从而就可以将进程1调入内存 4.4 连续分配管理小结 4.5 动态分区分配算法 动态分区分配算法解决的问题 在动态分区分配方式中 当很多个空闲分区都能满足需求时应该选择哪个分区进行分配 4.5.1 首次适应算法
算法思想每次都从低地址开始查找找到第一个能满足大小的空闲分区。
如何实现空闲分区以地址递增的次序排列。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。
4.5.2 最佳适应算法
算法思想由于动态分区分配是一种连续分配方式为各进程分配的空间必须是连续的一整片区域。因此为了保证当“大进程”到来时能有连续的大片空间可以尽可能多地留下大片的空闲区 即优先使用更小的空闲区。
如何实现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。
缺点每次都选最小的分区进行分配会留下越来越多的、很小的、难以利用的内存块。因此这种方法会产生很多的外部碎片
4.5.3 最坏大适应算法
算法思想为了解决最佳适应算法的问题——即留下太多难以利用的小碎片可以在每次分配时优先使用最大的连续空闲区这样分配后剩余的空闲区就不会太小更方便使用。
如何实现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。
缺点每次都选最大的分区进行分配虽然可以让分配后留下的 空闲区更大更可用但是这种方式会导致较大的连续空闲区被 迅速用完。如果之后有“大进程”到达就没有内存分区可用了。
4.5.4 邻近适应算法
算法思想首次适应算法每次都从链头开始查找的。这可能会导致低地址部分出现很多小的空闲分区而每次分配查找时都要经过这些分区因此也增加了查找的开销。如果每次都从上次查找结束的位置开始检索就能解决上述问题。
如何实现空闲分区以地址递增的顺序排列可排成一个循环链表。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找到大小能满足要求的第一个空闲分区。 首次适应算法每次都要从头查找每次都需要检索低地址的小分区。 但是这种规则也决定了当低地址部分有更小的分区可以满足需求时 会更有可能用到低地址部分的小分区也会更有可能把高地址部分的大分区保留下来最佳适应算法的优点 邻近适应算法的规则可能会导致无论低地址、高地址部分的空闲分区都有相同的概率被使用也就导致了高地址部分的大分区更可能被使用划分为小分区最后导致无大分区可用最大适应算法的缺点 综合来看四种算法中首次适应算法的效果反而更好 4.5.5 动态分区分配算法小结
