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第三章--内存管理

• • 1，内存的基础知识
  • 2，内存管理的概念
  • 3，覆盖与交换
  • 4，内存空间的分配与回收
  • • 1，连续分配管理方式
    • 2，动态分区分配算法
    • 3，非连续分配管理方式
  • 5，两级页表
  • 6，基本分段存储管理方式
  • 7，段页式管理方式
  • 8，虚拟内存的基本概念
  • 9，请求分页管理方式
  • • 1，页面置换算法
    • • 1，最佳置换算法（OPT）
      • 2，先进先出置换算法（FIFO）
      • 3，最近最久未使用置换算法（LRU）
      • 4，时钟置换算法（CLOCK)
    • 2，页面分配置换策略

1，内存的基础知识

内存是用于存放数据的硬件。程序执行前需要先放到内存中才能被CPU处理。

• 地址：地址又分相对地址和绝对地址。相对地址又称为逻辑地址，绝对地址又称为物理地址。

• 从写程序到程序运行

  

小总结：

2，内存管理的概念

3，覆盖与交换

覆盖技术：

交换技术：

总结：

4，内存空间的分配与回收

1，连续分配管理方式

• 单一连续分配

  

• 固定分区分配

  

  

• 动态分区分配

  

提醒式总结：

2，动态分区分配算法

• 1，首次适应算法

  

• 2，最佳适应算法

  

• 3，最坏适应算法

  

• 4，邻近适应算法

  

提醒式小总结：

3，非连续分配管理方式

• 基本分页存储管理

  

  

  不是小节的小节：

  

  基本地址变换机构：

  

  一道例题：

  

  基本地址变换机构小节：

  

• 具有块表的地址变换机构

  

  

  引入快表后，地址的变换过程如下：

  

  提醒式小节：

  

5，两级页表

提醒式小节：

6，基本分段存储管理方式

• 分段

  

• 段表

  

• 分段、分页管理的对比

  

  分段比分页更容易实现信息的共享和保护。

提醒式小节：

7，段页式管理方式

分段、分页的优缺点：

段页式管理的逻辑地址结构：

提醒式小节：

8，虚拟内存的基本概念

传统存储管理方式的特征、缺点：

局部性原理：

虚拟内存的定义和特征：

如何实现虚拟内存技术：

提醒式小节：

9，请求分页管理方式

• 页表机制

  

• 缺页中断

  

提醒式小节：

1，页面置换算法

1，最佳置换算法（OPT）

最佳置换算法（OPT，Optimal)：每次选择淘汰的页面将是以后永不使用，或者在最长时间内不再被访问的页面，这样可以保证最低的缺页率。

例题助力理解：

最佳置换算法可以保证最低的缺页率，但实际上，只有在进程执行的过程中才能知道接下来会访问到的是哪个页面。操作系统无法提前预判页面访问序列。因此，最佳置换算法是无法实现的。

2，先进先出置换算法（FIFO）

FIFO 算法：每次选择淘汰的页面是最早进入内存的页面。

实现方法：把调入内存的页面根据调入的先后顺序排成一个队列，需要换出页面时选择队头页面即可。队列的最大长度取决于系统为进程分配了多少个内存块。（注意新调入的页面放在队尾）。

例题助力理解：

注意：

3，最近最久未使用置换算法（LRU）

最近最久未使用置换算法（LRU，least recently used）：每次淘汰的页面是最近最久未使用的页面。

实现方法：赋予每个页面对应的页表项中，用访问字段记录该页面自上次被访问以来所经历的时间t。

当需要淘汰一个页面是，选择先有页面中t 值最大的，及最近以来最久未使用的页面。

例题助力理解：

注意：该算法的实现需要专门的硬件支持,虽然算法性能好,但是实现困难，开销大。最接近最佳置换算法。

4，时钟置换算法（CLOCK)

最佳置换算法性能最好，但无法实现；先进先出置换算法实现简单，但算法性能差；最近最久未使用置换算法性能好，是最接近OPT算法性能的，但是实现起来需要专门的硬件支持，算法开销大。
时钟置换算法是一种性能和开销较均衡的算法，又称 CLOCK 算法，或最近未用算法(NRU，Not Recently Used)

• 简单的 CLOCK 算法

  简单的CLOCK算法实现方法:为每个页面设置一个访问位，再将内存中的页面都通过链接指针链接成一个循环队列。当某页被访问时，其访问位置为1。当需要淘汰一个页面时，只需检查页的访问位。如果是0，就选择该页换出;如果是1，则将它置为0，暂不换出，继续检查下一个页面，若第一轮扫描中所有页面都是1，则将这些页面的访问位依次置为0后，再进行第二轮扫描（第二轮扫描中一定会有访问位为0的页面，因此简单的 CLOCK 算法选择一个淘汰页面最多会经过两轮扫描)

例题：

注意：在选择淘汰一个页面的时候，我们淘汰的是访问位为0，最近没有访问过的。

• 改进型的时钟置换算法

  简单的时钟置换算法仅考虑到一个页面最近是否被访问过。事实上，如果被淘汰的页面没有被修改过,就不需要执行 I/O 操作写回外存。只有被淘汰的页面被修改过时，才需要写回外存。
  因此，除了考虑一个页面最近有没有被访问过之外，操作系统还应考虑页面有没有被修改过。在其他条件都相同时，应优先淘汰没有修改过的页面，避免I/O操作。这就是改进型的时钟置换算法的思想。修改位=0，表示页面没有被修改过;修改位=1，表示页面被修改过。

  算法规则：

  

  提醒式小节：

  

2，页面分配置换策略

抖动（颠簸）现象：

工作集：指在某段时间间隔里，进程实际访问页面的集合。

提醒式小节：