操作系统（四）存储器管理

存储器管理的主要对象是 内存，对外存的的管理放在文件管理的章节来详解。

1.存储器的层次结构

—存储器为啥要分层次呢？
——因为目前没有容量大，速度快还价格便宜的存储器！
具体咋分的看下图（三级六层，层次越高/靠近CPU，存储介质访问速度越快，price也越高）

下面来介绍介绍这六层

• 寄存器 -->拥有着与处理机相同的速度，but价格昂贵不能做的太大。
• 主存储器 -->也就是“主存”，计算机系统中的主要部件！用来保存进程运行使得程序和数据。
  
• 高速缓存 -->介于 寄存器 and 存储器 之间的存储器，主要用于备份主存中的常用数据，以减少处理机对主存储器的访问次数，节约时间，大大的提高程序执行速度！
• 磁盘缓存 -->由于目前磁盘的I/O速度远低于对主存的访问速度，为了缓和速度不匹配，让磁盘缓存暂时存放一些频繁使用的一部分磁盘数据和信息，以减少访问磁盘的次数。（功能看起来和高速缓存类似，但是磁盘缓存本身并不是一个实际存在的存储器，它只是主存中的部分存储空间暂时）
• 固定磁盘
• 可移动存储介质

2.程序的装入和链接

用户程序要想在系统中运行，必须先将它装入内存，然后再将其转变成一个可执行的程序。
“编译–>链接–>装入”

程序的装入

• 绝对装入方式：将目标模块装入到内存中原指定的位置（适用于单道程序模块）
• 可重定位装入方式：根据内存的具体情况将装入模块装入到内存的适当位置。
  由于用户程序编译所形成的若干目标模块，它们的起始地址通常都是从0开始的，而程序中的其它地址也都是相对于起始地址计算的，再用绝对装入就行不通了~
  ps，装入模块中的逻辑地址与实际装入内存后的物理地址不同，需要修改地址。 通常把装入时 对目标程序中指令和数据地址的修改过程称之“重定位”，即静态重定位
• 动态运行时装入方式：把装入模块装入内存后，并不立即把装入模块中的逻辑地址改成物理地址，推迟到当程序真正要执行的时候再更改。真聪明！！（此种装入方式由于装入后仍想保持是逻辑地址，所以需要一个重定位寄存器支持）

程序的链接

• 静态链接方式：程序运行之前将模块以及库函数链接在一起不拆开。
• 装入时动态链接：一组目标模块装入内存时，发生了外部模块调用事件，找出来，装入内存并修改相对地址。//便于修改、更新，共享模块
• 运行时动态链接：（先不把所有的模块装进去）对某些模块的链接推迟到程序执行时。
  执行着呢，发现了一个被调用模块还没装入内存呢！赶快让OS去找到该模块，装入内存，跟调用者链接上~~//加快程序装入过程的同时也大大节省了内存空间。

3.连续分配存储管理方式

单一连续分配

固定分区分配

可以划分成大小相等的分区，亦可以划成大小不等的分区。
内存分配：分区使用表（起始地址+大小+状态/是否已分配）
简单易分配，但主存浪费大。每个用户作业占用一个连续分区，作业的程序和数据一旦装入分区后就不能再移动了，采用静态地址重定位
…

动态分区分配

例如这个小题

1. 数据结构 ： 空闲分区表 / 空闲分区链

2. 动态分区分配算法
   基于顺序搜索的动态分区算法
   基于索引搜索的动态分区算法
   （算法详见下文）

---

3. 分区分配操作 // 动态分区的分配和回收
   内存分配流程
   — m.size空闲区表 ， u.size用户
   回收内存 ： 作业完成释放后，系统进行回收，将相邻空闲区合并并修改相应的链表指针，不能合并的计入链表成新表项
   …

附：分区算法详述

1. 首次适应算法FF
   从低地址找起，直到找到的一个满足要求的空闲区分配给作业（减少查找时间）
   有利于大作业，低地址部分不断被划分形成了许多小的空闲分区（外碎片），每次都从低地址开始，开销大。

2. 循环首次适应算法，在FF的基础上+起始查询指针，只是下一次查找的那个空闲分区
   使空闲分区分布均匀，减少查找开销；但又缺大空闲分区，不利于大作业

3. 最佳适应算法BF
   从全部空闲区中找能满足作业要求且最小的空闲分区，分区链按容量从小到大。

4. 最坏适应算法WF
   总挑选最大的空闲分区分割给作业使用，分区链按容量从大到小
   防止产生碎片，空间浪费最少！ . 有利于中小作业 …查找效率高，first就是。缺乏大的空闲分区…

---

1. 快速适应算法//分类搜索法：按分区容量大小，分类索引搜索
   
2. 伙伴系统：固定分区与动态分区方式的折衷
3. 哈希算法

动态重定位分区分配

无法利用的外碎片

自然是动态运行时装入方式啦~~再辅之重定位寄存器（保存作业在内存中的起始地址), "紧凑 "之后，程序移动了位置，只需要更改重定位寄存器的内容为新的起始地址！

4.对换（Swapping）

其实swapping伴随着较大的系统开销（CPU时间、I/O开销）
没事尽量不启用对换，内存紧张时，启用对换，把部分进程调出，缓解一下紧张状况，之后再暂停swapping程序~~

---

5.分页存储管理方式

，那前面第三部分提到了连续分配方式会形成许多“碎片”，即便是通过“拼凑”能在一起但也是要付出很大的开销的！！
，但是现在呢~~有另外三种方式可以将进程直接分散的装入多个不相邻的分区中，充分利用内存空间就是——分页、分段、段页

分页：把用户程序的地址空间划分成为若干大小相等的区域，每个区域称作页面or页.
把内存空间划分成若干和页大小相等的物理块，这些块叫frame，(物理)块.

页表：系统为了让每个页找到内存中对应的物理块，而为每个进程建立一张页面映射表
——fuction：页号到物理块号的地址映射

重点来啦！!!!

来个例子清晰一点，，，，根据除法–>页号–>块号–>块号*页面大小–>+页内偏移 = 物理地址
//通常是先读内存中的页表，第二次读真正的数据（两次访问内存）
命令的有效执行T？取指令+取数据+执行指令 = 1+2+1 =4次访问内存时间

加个快表??? … 提高效率?是的没错,取数据的时候time减少了…

//图中，，页号>=页表长度（越界中断）

两级页表:
外层页表–>内层页表–>内存空间
页目录 + 页表页 + 位移

6.分段存储管理方式

分页主要是为了提高系统资源利用率
//页内分散，页间连续

分段是为了满足用户（程序员）的需求：方便编程、信息共享保护、动态增长、动态链接
//段内连续，段间分散
段号从0开始，每一段段内也从0开始，相对于本段地址0开始

页是信息的物理单位，段是信息的逻辑单位，它含有一组其意义相对完整的信息。
页的大小由系统决定是相等；段的长度不固定，决定与用户的程序。
分页是一维的，单一线性空间；分段进程的地址空间是2维的，有段号和段内地址。

段页式

综合了分页和分段的优点，同时逻辑信息完整可信息共享
段号 + 页号 + 页表，，，访问一次数据，3次访问内存段表、页表、数据本身

本章小结，

先略