操作系统：8、存储管理之内存分配与回收

早期计算机编程并不需要过多的存储管理，但是随着计算机和程序越来越复杂，存储管理就称为了必要。

存储管理主要是为了确保下面的三个问题：

• 确保计算机有足够内存处理数据；
• 确保程序可以从可用内存中获取一部分内存使用；
• 确保程序可以归还使用后的内存以供其他程序使用；

1、内存分配过程

单一连续分配：

	单一连续分配是最简单的内存分配方式；
	只能在单用户、单进程的操作系统中使用；
	单一连续分配将内存分为系统区、用户区，系统区的所有内存都给操作系统使用，所以用户区内存都给用户使用。
	是一种已经过时的方法。

固定分区分配：

固定分区分配是支持多道程序的最简单存储分配方式；
内存空间被划分为若干固定大小的区域；
每个分区只提供给一个程序使用，互不干扰

动态分区分配：

操作系统中常用的内存分配方法；
根据进程实际需要，动态分配进程需要的内存空间；
会涉及到相关的数据结构和分配算法

动态分区所涉及到的数据结构：

• 1、动态分区空闲表数据结构
  假设主存中有若干分区，有些使用了，有些没有被使用，如下图，每个分区有一个标记，0表示没有使用，1表示使用了
  
• 2、动态分区空闲链数据结构
  使用双向链表保存动态分区里面的空闲区域，所有空闲区用链表首尾相连，行成一个空闲的列表
  

动态分区分配所使用的算法：

• 首次适应算法（FF算法）
• 最佳适应算法（BF算法）
• 快速适应算法（QF算法）

首次适应算法：

• 分配内存时从开始位置查找适合内存区（主要使用空闲链数据结构）
• 若遍历整个空闲链，没有合适的空闲区，则此次分配失败，找到了就把这个空闲区划分给进程使用
  

首次适应算法每次分配都是从头部开始，会使得头部地址空间不断被划分，或者头部地址被分配多次之后空间已经很小了，很多碎片，每次分配的时候都需要遍历，直到遍历到尾部时才获得相关内存。因此首次适应算法之后提出改进算法，也就是循环适应算法。
循环适应算法指的是，每次分配的时候不是从头部开始分配，而是从上次检索结束的位置开始。

最佳适应算法

• 最佳适应算法要求空闲区链表按照容量大小排序
• 遍历空闲区链表找到内存节点容量最合适的空闲区
  

快速适应算法：

• 快速适应算法要求有多个空闲区链表
• 每个空闲区链表存储一种容量的空闲区
  

2、内存回收过程

回收区在空闲区后面：

这种情况下回收内存不需要新建空闲链表节点；
只需要把空闲区1的容量增大为空闲区即可；

回收区在空闲区前面：

将回收区和空闲区合并起来，成为一个新的节点；
将新的空闲区使用回收区的地址作为新节点地址；

回收区夹在两个空闲区之间

将空闲区1、空闲区2、回收区合并
新的空闲区使用空闲区1的地址作为新的节点地址

回收区周围没有任何空闲区

为回收区创建新的空闲节点；
将创建的节点插入到相应的空闲区链表中；