【操作系统】 Operation System 第三章：连续式内存分配

3.1 计算机体系结构及内存分层体系

(1)计算机体系结构
-CPU，内存，I/O

(2)操作系统在内存管理要完成的目标
-抽象：逻辑地址空间
-保护：独立地址空间
-共享：访问相同内存
-虚拟化：更多的地址空间

(3)操作系统实现内存管理目标的手段
-程序重定位
-分段
-分页
-虚拟内存
-按需分页虚拟内存

3.2 地址空间与地址生成

(1)地址空间的定义
-物理地址空间：硬件支持的地址空间
-逻辑地址空间：一个运行的程序所拥有的内存范围

(2)地址空间的生成

(3)应用程序的逻辑地址是如何映射到物理地址
=>CPU方面
a.运算器ALU需要在逻辑地址的内存内容(CPU要逻辑地址)
b.内存管理单元MMU寻找在逻辑地址和物理地址之间的映射(然后MMU找逻辑和物理地址的关系)
c. 控制器从总线发送在物理地址的内存内容的请求(关系找到后，去找对应物理地址)
=>内存方面
e.内存发送物理地址内存内容给CPU(物理地址找到了，给CPU)
=>操作系统方面
f.建立逻辑地址和物理地址之间的映射(确保程序不相互干扰)

(4)地址安全检查

3.3 连续内存分配：内存碎片与分区的动态分配

(1)内存碎片问题
-空闲内存不能被利用
外部碎片：在分配单元间的未使用内存
内部碎片：在分配单元中的未使用内存

(2)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

(3)分区的动态分配策略
-首次适配
–内容：现在想分配n字节，从低地址开始找，碰到的第一个空间比n大的空闲块就使用它。

–要想实现首次分配，需要满足以下条件：
—需要存在一个按地址排序的空闲块列表
—分配需要找一个合适的分区
—重分配需要检查，看看自由分区能不能与相邻的空闲分区合并(形成更大的空闲块)，若有

–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
—外部碎片的问题会加剧
—不确定性

-最佳适配
–内容：为了分配n字节，使用最小的可用空闲块，以致块的尺寸比n大。

–目的：避免分割大的空闲块；最小化外部碎片产生的尺寸。
–要想实现最佳分配，需要满足以下条件：
—按尺寸排列的空闲列表
—分配需要寻找一个合适的分区
—重分配需要搜索和合并于相邻的空闲分区，若有

–优点：大部分分配是小尺寸时很有效；简单
–缺点：外部碎片；重分配慢；易产生很多没用的微小碎片。

-最差适配
–内容：为了分配n字节，使用最大的可用空闲块，以致块的尺寸比n大。

–目的：避免太多的微小碎片
–要想实现最差分配，需要满足以下条件：
—按尺寸排列的空闲列表
—分配很快(获得最大的分区)
—重分配需要合并于相邻的空闲分区，若有，然后调整空闲块列表
–优点：假如分配时是中等尺寸效果最好
–缺点：重分配慢；外部碎片；易于破碎大的空闲块以至大分区不能被分割

3.4 连续内存分配：压缩式与交换式碎片整理

(1)压缩式碎片整理(紧致)
-重制程序以合并孔洞
-要求所有程序是 动态可重置的
-问题：何时重置；开销。

(2)交换式碎片整理
-运行程序需要更多的内存
-抢占等待的程序或回收它们的内存(把暂时不用的内容挪到磁盘里)

参考资料
https://www.bilibili.com/video/av6538245?from=search&seid=436175425155932048