操作系統--內存管理超詳細整理！
操作系統之內存管理
程序的裝入和鏈接（確定邏輯地址產生的過程）
連續分配管理方式
非連續分配管理方式
基本分頁存儲管理方式
多級頁表
TLB
基本分段存儲管理（這是早于分頁的）
段頁式內存管理
操作系統之內存管理
學完一遍，做題像沒學一樣，特來整理
借用了小林coding圖解幫助記憶，🙏膜大佬

多個進程同時運行，要避免掉單片機那種絕對物理地址，將進程地址分隔開，獲得自己的虛擬地址（邏輯），互不影響。
內存管理的功能：

內存空間的分配和回收
地址轉換
內存空間的擴充
存儲保護
程序的裝入和鏈接（確定邏輯地址產生的過程）
編譯：編譯程序將用戶的代碼編譯成目標模塊（*.c —> .o）
這些目標模塊邏輯地址都是0開始，只是相對于該模塊的邏輯地址
鏈接：鏈接程序將目標模塊和所需庫函數鏈接在一起，形成裝入模塊（.exe)
鏈接階段完成重定位，形成完整邏輯地址空間
1.靜態鏈接：程序運行之前，鏈接成完整的可執行程序
2.裝入時動態鏈接：邊裝入邊鏈接
3.運行時鏈接：程序執行中需要才進行。便于修改更新、便于實現共享。
裝入：裝入程序將裝入模塊裝入內存運行
裝入程序將可執行代碼裝入內存時，必須通過地址轉換（邏輯->物理）
1.絕對裝入：無操作系統
2.可重定位裝入（靜態重定位）：必須分配要求的全部內存空間，一旦進入內存，整個運行期間不能移動，不可再次申請內存空間
3.動態運行時裝入（動態重定位）：轉換地址推遲到程序執行時，需要重定位寄存器。裝入部分可以運行，運行期間動態分配內存，便于程序段共享，可以提供比存儲空間大多的地址空間。

連續分配管理方式
單一連續分配（無需內存保護，內存中只有一道程序，有內部碎片）
固定分區分配（可劃分為大小相等和大小不等）（缺點：不能實現多進程共享一個主存區，利用率低）
動態分區分配（外部碎片產生）（首次適應算法是最好的！）
非連續分配管理方式
（加入額外的空間存儲分散區域的索引，實現利用分散的空閑分區）

基本分頁存儲管理方式
（由避免產生碎片引入分頁思想：主存空間劃分小塊，大小相等固定的基本單位，將每個進程以塊為單位劃分，進程執行時以塊申請主存的塊空間）
每個進程平均只產生半個塊大小的內部碎片🧩
理解過程：重點理解
內存：
大小相等的分區是“頁框”（頁框 = 頁幀 = 內存塊 = 物理塊 = 物理頁面）
每個頁框的編號是“頁框號”（頁框號 = 頁幀號 = 內存塊號 = 物理塊號 = 物理頁號）
進程：
邏輯地址空間分為小塊，每個稱為“頁面”，編號是“頁號”
頁面與頁框一一對應
頁表：
一個進程對應一張頁表
進程每個頁面對應一個頁表項
頁表項由 頁號 ｜ 塊號組成
頁表記錄進程頁面和實際存放內存塊的映射關系

考點：重點
內存塊數 -> 頁表項占用字節
頁表記錄的是內存塊號，求起始地址 = 號 * 內存塊大小
2的整數次冪：頁號 （m位）+ 頁內偏移量（k位）（2的m次方個頁面，2的k次方的內存單元）
地址轉換：

相對于下面的分段：分頁有內部碎片。由于一一對應，不會產生外部碎片。同時換入換出寫入磁盤的只會是少數一個頁或幾個頁，不會花太多時間，交換效率高。
自身問題：頁表占用內存空間很大！

多級頁表
上面談到了占用內存空間很大，比如對于我們常見的題目，一個4GB的內存，每個頁面4KB，那么需要2^20個頁（十進制：一百萬左右），每個頁表項需要4字節大小存儲的話，那整個4GB的空間映射需要4MB內存存儲頁表，對于我們多進程cpu，100個進程就400MB內存存儲頁表。
那多級頁表怎么節省的空間呢？
我們對于上面100萬頁表項（單頁表）（1024*1024）分頁，將頁表（一級頁表）分為1024個頁表（二級頁表），每個二級頁表包含1024個頁表項，如圖

理解這個空間減少的過程（局部性原理）：
每個進程有4GB邏輯地址空間，但是大多程序使用不到那么多，好多頁表項是空的，沒有分配。同時分配的頁表項，如果最近一段時間未訪問可以考慮換出到硬盤，不占用內存。
對于二級分頁，一級頁表可以覆蓋整個4GB邏輯地址空間，對于某一級頁表的頁表項不被用到，就不用創建對應的二級頁表，需要時創建。
頁表覆蓋全部邏輯地址空間，不分級頁表就需要100萬個頁表項，二級分頁只需要1024頁表項。
（比如：64位系統，用四級目錄）
缺點：地址轉換增加了時間開銷

TLB
緩解時間開銷，加入了具有并行查找能力的高速緩沖存儲器—快表（TLB）
cpu尋址先查TLB，沒命中再常規查找（由于局部性原理，命中率高！）

基本分段存儲管理（這是早于分頁的）
包括兩種越界保護：1.邏輯地址中段號與寄存器中段長比較 2.段表項內的段長與邏輯地址段內偏移量比較
用戶進程比如包括主程序、2個子程序、棧、數據，可以劃分為5段。
分段地址下的邏輯地址結構：段號+段內偏移量
（小林大佬的圖解更加清楚）
1-段表寄存器：段表始址+段表長度
2-段表：段號+基址+段長

如果一個邏輯地址（2，500）可以得到物理地址3000+500 = 3500
優點：
1.提高內存利用率
2.考慮用戶程序員：

方便編程、
信息保護和共享（兩個作業的段表中相應的表項指向被共享段的同一個物理副本）
動態增長、
動態鏈接

缺點：
1.碎片問題：

外部碎片：產生了多個不連續的小物理內存，新的程序不能裝載（內存交換解決）
無內部碎片
但是分頁就會出現內存碎片🧩，由于分頁是會將比如main函數分開放入4KB里面，會空余

2.內存交換效率低

多進程對于碎片進行處理，要交換，涉及訪問磁盤，速度很慢

段頁式內存管理
該邏輯地址： 段號 + 段內頁號 + 頁內偏移量

一個進程中一個段表，可以有多個頁表
3次訪存：
1.訪問段表，得到頁表起始地址
2.訪問頁表，得到物理頁號
3.物理頁號和頁內位移組合，得到物理地址
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總結

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