第四章 2内存空间管理

 连续分配存储管理方式：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。

（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。

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。

固定分区分配的具体实现：1）如何划分分区大小；2）需要的数据结构；3）分配回收操作

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）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。

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（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。

动态分区分配优点：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；2）分区分配算法；3）分区分配操作

1）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/链中选出一合适分区。

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

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

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；而且每次查找从低址部分开始，会逐渐增加查找开销。

②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

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

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

 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/最坏匹配法(worst-fit)：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。

（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。