内存的连续分配方式及分区分配算法

4---2

二、连续分配方式

为一个用户程序分配连续的内存空间

早期的分类：单一连续分配  固定分区分配  动态分区分配  动态重定位分区分配 其他

 

   1.单一连续分配

     内存分为系统区（仅供给OS使用，通常放在内存的低址部分）和用户区（除系统区外的全部内存空间，提供给用户使用）两部分

     这是最简单的一种存储管理方式，只能用于单用户、单任务操作系统中

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，每个进程占用一个分区。操作系统占用其中的一个分区。

     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

 

     具体实现

     （1）如何划分分区大小

                   若分区大小相等，只适用于多个相同的并发执行（处理多个类型相同的对象），缺乏灵活性。

        若分区大小不等，多个小分区、适量的中等分区、少量的大分区。 根据程序大小，分配当前空闲的、适当大小的分区。

          （2）需要的数据结构

        建立一记录相关信息的分区表  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。

 

（3）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：内碎片造成浪费     分区总数固定，限制并发执行的程序的数目

  3.动态分区分配

     分区大小不固定：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）。

 

  具体实现

  （1）分区分配中的数据结构

          <1>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。

<2>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。

  （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，从空闲分区表中选出一合适分区

<1>首次适应算法FF

<2>循环首次适应算法

<3>最佳适应算法

<4>最差适应算法

<5>快速适应算法

 

<1>首次适应算法FF

空闲分区排序：以地址递增的次序链接。

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；

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

 

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

缺点：但低址部分不断划分，会产生较多小碎片；而且每次查找从地址部分开始，会逐渐增加查找开销。

 

  <2>循环首次适应算法

• 空闲分区排序：按地址
• 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

• 分配：分出需要的大小

  优点：空闲分区分布均匀，减少查找开销

缺点：缺乏大的空闲分区

 

<3>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

 

 

 

 

 

• 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。
• 检索：从表或链的头开始，找到的第一个满足的就分配
• 分配：分出需要的大小

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）

 

<4>最差适应算法/最坏匹配算法

   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。

 

<5>快速适应算法

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

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）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：

 

动态连续分配方式无法解决“外碎片”问题

 

 

若当前内存分配有3个小碎片，分别为30K，64K，40K。若有一个120K的作业申请一块连续空间，无法满足。

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

因此出现

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。

 

 

伙伴系统

·分区大小有规定，且分区动态变化

1）无论已分配还是空闲分区，大小都为2的k次幂。若整个可分配空间大小为2的m次幂，则1≤k≤m.

2）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。

3）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。

4）一次分配和回收都可能对应多次的划分和合并。

 

找合适的链的方法：哈希算法

 

 

 

 

5．内存空间管理之对换

当内存空间还是满足不了需求时，引入“对换”

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。

 

 

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）

 

实现进程对换，系统必须具备的功能：

对换空间的管理

进程的换出、换入操作

 

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。