LInux（三）程序地址空间、内存管理

目录

 一、程序地址空间

 二、内存管理方式

1、分段式内存管理

 2、分页式内存管理

3、段页式内存管理

 三、关于内存管理内容补充（分页式）

1、页表简单呈现

2、访问权限位

3、缺页中断

4.内存置换算法

---

一、程序地址空间

  创建父子进程同时访问同一变量，在子进程中对全局变量g_val进行修改

  1 #include                                                                          
  2 #include
  3 
  4 int g_val = 10;
  5 int main()
  6 {
  7     int ret = fork();
  8     if(ret<0){
  9       printf("error fork\n");
 10     }else if(ret==0){
 11       g_val = 300;
 12       printf("i am child, my g_val = %d,my &g_val = %p\n",g_val,&g_val);
 13     }else{
 14       printf("i am parent, my g_val = %d,my &g_val = %p\n",g_val, &g_val);
 15     }
 16     return 0;
 17 }

现象： 输出结果俩者不相同，但俩变量的地址相同。

 

程序地址空间：进程的虚拟地址空间

        系统为每一个程序运行通过mm_struct结构体（LInux下）所描述的一个虚拟的，连续的，完整的地址空间

        我们进程中访问内存时候看到的地址其实都是虚拟地址，经过页表映射之后得到物理地址进行进而访问物理内存

 进程并不直接访问物理地址，而是通过访问虚拟地址，进行映射访问物理地址的方式进行：

好处：

1、每个进程都有一个完整独立的虚拟地址空间，则地址可以随便使用，不同担心冲突

2、经过页表映射可以将数据存储在物理内存的任意位置，实现数据的离散式存储，提高内存利用率

3、在进行页表映射之后可以进行访问权限的控制

 二、内存管理方式

1、分段式内存管理

将一个整体的地址空间划分为多个段（代码段、数据段、堆区、栈……）

作用： 更加利于编译器对于地址的管理

俩个要素：段表，地址组成

        虚拟地址组成：段号，段内偏移量

        段表：一种数据结构，其中描述的信息，段号，物理内存的一个起始地址

通过段号找到段表项，得到一块物理内存的起始地址

屋里内存起始地址+偏移量就是实际数据存储位置

 2、分页式内存管理

将一个整体的地址空间划分为大量的小的分页page（当前一般默认都是4096字节为一页）

作用： 实现数据的离散存储，提高内存利用率

俩个关键要素：页表+虚拟地址组成

        页表：页号、物理内存块起始地址、缺页中断位、访问权限位……

        虚拟地址组成：页号+页内偏移

通过虚拟地址中的页号，在页表中找到对应的页表项，得到一个物理内存块的起始地址，加上页内偏移量就是实际的访问位置

二者不同的区别在于应用方向不同，分段式利于地址管理，分页式更加倾向于碎片化管理，提高内存利用率以及内存访问控制

3、段页式内存管理

先将地址空间进行分段，然后在每个分段内使用分页进行管理（集合了分段式与分页式的优势）

 三、关于内存管理内容补充（分页式）

1、页表简单呈现

 2、访问权限位

标记当前的地址能够进行什么操作

简单举例：

0号地址，也就是NULL，这个地址既不可读也不可写，因此一旦解引用或者修改则会内存访问错误

const修饰的常变量，具有常性，其实就是访问权限上只读

代码段的所有地址，都是只读的

3、缺页中断

当进程要访问一块内存时，经过页表映射的时候发现缺页中断位被置位（这个地址原先的数据现在不在内存中），则触发缺页中断

内存交换：

一个程序运行就要占据大量内存，但是物理内存是有限的，意味着内容总有耗尽时候

大佬们就有想法：按照某种规则将内存中的某些数据从内存中移出去，放到硬盘中存起来（放入swap分区）交换分区一般32G以内都是内存的俩倍

当我们访问数据的时候，刚好就是被移出去的数据时，就会触发缺页中断

触发缺页中断后，就需要重新进行内存置换，将数据从交换分区置换到内存中进行访问

4.内存置换算法

内存不够的时候，把哪些数据移出去放到交换分区上存储

        LRU--最久未使用                 LFU--最少未使用

操作系统中可以使用LRU(least recently used)内存淘汰旧数据的策略，如果内存需要加载新数据但空间又不足，则会按照最近访问时间进行排序，并将最老的数据淘汰，假设现在内存空间大小为6，原本内存中没有数据，对内存中数据的访问顺序如下： 1,2,5,3,4,6,1,4,3,6,7,8,3,9 则缺页次数为（）

 

LRU栈：当前引用不在栈中，且栈未满，放到栈顶；栈满，删除栈底，放到栈顶。当前引用在栈中，删除栈中原先位置，放到栈顶。

    缺页：当前引用不在页的某个帧中，即缺页。而LRU只是确定被置换的那个引用，即LRU栈底引用。

     前6次均缺页，因为每次的引用都不在已有的页中，缺页次数6，当前LRU栈：6->4->3->5->2->1

     第7次为1，在页中，不缺页，当前LRU栈：1->6->4->3->5->2

     第8次为4，在页中，不缺页，当前LRU栈：4->1->6->3->5->2

     第9次为3，在页中，不缺页，当前LRU栈：3->4->1->6->5->2

     第10次为6，在页中，不缺页，当前LRU栈：6->3->4->1->5->2

     第11次为7，不在页中，缺页。删除栈底2，将7放到栈顶。当前LRU栈：7->6->3->4->1->5

     第12次为8，不在页中，缺页。删除栈底5，将8放到栈顶。当前LRU栈：8->7->6->3->4->1

     第13次为3，在页中，不缺页。当前LRU栈：3->8->7->6->4->1

     第14次为9，不在页中，缺页。删除栈底1，将9放到栈顶。当前LRU栈：9->3->8->7->6->4

     综上，缺页9次。