操作系统——第四章笔记（二）

连续分配存储管理方式
为一个用户程序分配一个连续的内存空间
1.单一连续分配
 内存分为系统区和用户区两部分：
系统区：仅提供给OS使用，通常放在内存低址部分
用户区：除系统区以外的全部内存空间，提供给用户使用。
 这最简单的一种存储管理方式，只能用于单用户、单任务的操作系统中。
优点：易于管理。
缺点：对要求内存空间少的程序，造成内存浪费；程序全部装入，很少使用的程序部分也占用内存。
2.固定分区分配
把内存分为一些大小相等或不等的分区(partition)，每个应用进程占用一个分区。操作系统占用其中一个分区。
 提高：支持多个程序并发执行，适用于多道程序系统和分时系统。最早的多道程序存储管理方式。
划分为几个分区，便只允许几道作业并发
2.2具体实现：
2.2.1如何划分分区大小
 分区大小相等：只适合于多个相同程序的并发执行（处理多个类型相同的对象）。缺乏灵活性。
 分区大小不等：多个小分区、适量的中等分区、少量的大分区。根据程序的大小，分配当前空闲的、适当大小的分区。
2.2.2需要的数据结构
 建立一记录相关信息的分区表(或分区链表)表项有:|起始位置|大小|状态|
分区表中，表项值随着内存的分配和释放而动态改变 。
2.2.3分配回收操作
程序分配内存的过程：
 也可将分区表分为两个表格：空闲分区表/占用分区表。从而减小每个表格长度。
 检索算法：空闲分区表可能按不同分配算法采用不同方式对表项排序(将分区按大小排队或按分区地址高低排序)。
 过程：检索空闲分区表；找出一个满足要求且尚未分配的分区，分配给请求程序；若未找到大小足够的分区，则拒绝为该用户程序分配内存。
 固定分配的不足：
内碎片（一个分区内的剩余空间）造成浪费
分区总数固定，限制并发执行的程序数目。
3.动态分区分配
 分区的大小不固定：在装入程序时根据进程实际需要，动态分配内存空间，即——需要多少划分多少。
 空闲分区表项：从1项到n项：
内存会从初始的一个大分区不断被划分、回收从而形成内存中的多个分区。
 优点：并发进程数没有固定数的限制，不产生内碎片。
 缺点：有外碎片（分区间无法利用的空间）
3.1动态分区分配的具体实现
3.1.1分区分配中的数据结构
 空闲分区表：
记录每个空闲分区的情况。
每个空闲分区对应一个表目，包括分区序号、分区始址及分区的大小等数据项。
 空闲分区链：
每个分区的起始部分，设置用于控制分区分配的信息，及用于链接各分区的前向指针；分区尾部则设置一后向指针，在分区末尾重复设置状态位和分区大小表目方便检索。
3.2分区分配算法
动态分区方式，分区多、大小差异各不相同，此时把一个新作业装入内存，更需选择一个合适的分配算法，从空闲分区表/链中选出一合适分区
 首次适应算法FF
1)空闲分区排序：以地址递增的次序链接。
2)检索：分配内存时，从链首开始顺序查找直至找到一个大小能满足要求的空闲分区；
3)分配：从该分区中划出一块作业要求大小的内存空间分配给请求者，余下的空闲分区大小改变仍留在空闲链中。（若从头到尾检索不到满足要求的分区则分配失败）
4)优点：优先利用内存低址部分，保留了高地址部分的大空闲区；
5)缺点：但低址部分不断划分，会产生较多小碎片；而且每次查找从低址部分开始，会逐渐增加查找开销。
 循环首次适应算法
1)空闲分区排序：按地址
2)检索：从上次找到的空闲分区的下一个空闲分区开始查找，直到找到一个能满足要求的空闲分区。为实现算法，需要：
 设置一个起始查寻指针
 采用循环查找方式
3)分配：分出需要的大小
4)优点：空闲分区分布均匀，减少查找开销
5)缺点：缺乏大的空闲分区
 最佳适应算法
总是把能满足要求、又是最小的空闲分区分配给作业，避免“大材小用”。
1)空闲分区排序：所有空闲分区按容量从小到大排序成空闲分区表或链。
2)检索：从表或链的头开始，找到的第一个满足的就分配
3)分配：分出需要的大小
4)缺点：每次找到最合适大小的分区割下的空闲区也总是最小，会产生许多难以利用的小空闲区（外碎片）
 最差适应算法
基本不留下小空闲分区，但会出现缺乏较大的空闲分区的情况。
 快速适应算法
1)根据进程常用空间大小进行划分，相同大小的串成一个链，需管理多个各种不同大小的分区的链表。进程需要时，从最接近大小需求的链中摘一个分区。类似的：伙伴算法
2)特点：能快速找到合适分区，但链表信息会很多；实际上是空间换时间。
3.3分区分配操作
 分配内存
找到满足需要的合适分区，划出进程需要的空间：
if s<=size，将整个分区分配给请求者
if s> size，按请求的大小划出一块内存空间分配出去，余下部分留在空闲链中，将分配区首址返回给调用者。
 回收内存
进程运行完毕释放内存时，系统根据回收区首址a，在空闲分区链(表)中找到相应插入点，根据情况修改空闲分区信息，可能会进行空闲分区的合并。
1)回收区（首址a）与一个分区f1末尾（首址b+大小）邻接：将回收区与f1合并，修改f1的表项的分区大小
2)回收区（首址a+大小）与一个分区f2的首址b邻接：将回收区与f2合并，修改f2的表项的首址、分区大小
3)若(1)(2)两种情况都有，则将回收区与前后两个分区F1、F2邻接：将三个分区合并，使用F1的表项和F1的首址，取消F2的表项，大小为三者之和
4)回收区没有邻接的分区：为回收区单独建立新表项，填写回收区的首址与大小，根据其首址插到空闲链中的适当位置
 动态连续分配方式解决“外碎片”问题
解决思路：移动分区位置，将小碎片整合为一个足够大小可被使用的分区。即紧凑思想 。
分配及回收（个人理解）
 分配内存时，要将分配出去的内存记在PCB中，未分配的被系统继续管理，当分配出去的内存被使用完之后将立刻被回收，被原来管理该内存的系统继续管理。
 回收时要先看首地址是否和已存在的未分配内存块号是连着的，如果是连着的，就加在一起，如果没有就直接回收，最后记录地址。
 想要利用外碎片可以给每一个外碎片加一个基地址，把这些散的外碎片整理到一起。
4. 动态重定位分区分配——有紧凑功能的动态分区分配
用户程序在内存中移动，将空闲空间紧凑起来提高空间利用率。但必然需要地址变化，增加“重定位”工作。
 地址变换过程是在程序执行过程期间（相对地址与重定位寄存器中的地址相加），随着对每条指令的访问自动进行，称为动态重定位。
 动态重定位分区分配算法与动态分区分配算法基本相同，差别在于增加了紧凑的功能。
4.1伙伴系统
分区大小有规定，且分区动态变化
 无论已分配还是空闲分区，大小都为2的k此幂。若整个可分配空间大小为2m，则1≤k≤m.
 随着系统运行，内存被不断划分，形成若干不连续的空闲分区。对每一类具有相同大小的空闲分区设置一双向链表，即会有k个链表，链表中的分区大小都是2m。
 进程申请n个大小的空间时，计算n= 2i。则找i对应的链表。若i大小的链表没有，则找i+1的链表。找到的分区对半划分后，一半用于分配，一半链接到较小一级的链表里去。
 一次分配和回收都可能对应多次的划分和合并。
4.2哈希算法：类比数据结构中的拉链法。
5.内存空间管理之对换
5.1当内存空间还是满足不了需求时，引入“对换”思想：
把内存中暂时不能运行、或暂时不用的程序和数据调到外存上，以腾出足够的内存；把已具备运行条件的进程和进程所需要的程序和数据，调入内存。
5.2按对换单位分类：
 整体对换(或进程对换)：以整个进程为单位（连续分配）
 页面对换或分段对换：以页或段为单位（离散分配）
5.3实现进程对换，系统必须具备的功能：
 对换空间的管理

在系统中设置相应的数据结构以记录对换区的使用情况。
对换空间的分配与回收是连续方式，与动态分区方式时的内存分配与回收雷同。
 进程的换出、换入操作