操作系統(tǒng)--內(nèi)存管理超詳細(xì)整理！
操作系統(tǒng)之內(nèi)存管理
程序的裝入和鏈接（確定邏輯地址產(chǎn)生的過程）
連續(xù)分配管理方式
非連續(xù)分配管理方式
基本分頁(yè)存儲(chǔ)管理方式
多級(jí)頁(yè)表
TLB
基本分段存儲(chǔ)管理（這是早于分頁(yè)的）
段頁(yè)式內(nèi)存管理
操作系統(tǒng)之內(nèi)存管理
學(xué)完一遍，做題像沒學(xué)一樣，特來(lái)整理
借用了小林coding圖解幫助記憶，🙏膜大佬

多個(gè)進(jìn)程同時(shí)運(yùn)行，要避免掉單片機(jī)那種絕對(duì)物理地址，將進(jìn)程地址分隔開，獲得自己的虛擬地址（邏輯），互不影響。
內(nèi)存管理的功能：

內(nèi)存空間的分配和回收
地址轉(zhuǎn)換
內(nèi)存空間的擴(kuò)充
存儲(chǔ)保護(hù)
程序的裝入和鏈接（確定邏輯地址產(chǎn)生的過程）
編譯：編譯程序?qū)⒂脩舻拇a編譯成目標(biāo)模塊（*.c —> .o）
這些目標(biāo)模塊邏輯地址都是0開始，只是相對(duì)于該模塊的邏輯地址
鏈接：鏈接程序?qū)⒛繕?biāo)模塊和所需庫(kù)函數(shù)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(tài)鏈接：程序運(yùn)行之前，鏈接成完整的可執(zhí)行程序
2.裝入時(shí)動(dòng)態(tài)鏈接：邊裝入邊鏈接
3.運(yùn)行時(shí)鏈接：程序執(zhí)行中需要才進(jìn)行。便于修改更新、便于實(shí)現(xiàn)共享。
裝入：裝入程序?qū)⒀b入模塊裝入內(nèi)存運(yùn)行
裝入程序?qū)⒖蓤?zhí)行代碼裝入內(nèi)存時(shí)，必須通過地址轉(zhuǎn)換（邏輯->物理）
1.絕對(duì)裝入：無(wú)操作系統(tǒng)
2.可重定位裝入（靜態(tài)重定位）：必須分配要求的全部?jī)?nèi)存空間，一旦進(jìn)入內(nèi)存，整個(gè)運(yùn)行期間不能移動(dòng)，不可再次申請(qǐng)內(nèi)存空間
3.動(dòng)態(tài)運(yùn)行時(shí)裝入（動(dòng)態(tài)重定位）：轉(zhuǎn)換地址推遲到程序執(zhí)行時(shí)，需要重定位寄存器。裝入部分可以運(yùn)行，運(yùn)行期間動(dòng)態(tài)分配內(nèi)存，便于程序段共享，可以提供比存儲(chǔ)空間大多的地址空間。

連續(xù)分配管理方式
單一連續(xù)分配（無(wú)需內(nèi)存保護(hù)，內(nèi)存中只有一道程序，有內(nèi)部碎片）
固定分區(qū)分配（可劃分為大小相等和大小不等）（缺點(diǎn)：不能實(shí)現(xiàn)多進(jìn)程共享一個(gè)主存區(qū)，利用率低）
動(dòng)態(tài)分區(qū)分配（外部碎片產(chǎn)生）（首次適應(yīng)算法是最好的！）
非連續(xù)分配管理方式
（加入額外的空間存儲(chǔ)分散區(qū)域的索引，實(shí)現(xiàn)利用分散的空閑分區(qū)）

基本分頁(yè)存儲(chǔ)管理方式
（由避免產(chǎn)生碎片引入分頁(yè)思想：主存空間劃分小塊，大小相等固定的基本單位，將每個(gè)進(jìn)程以塊為單位劃分，進(jìn)程執(zhí)行時(shí)以塊申請(qǐng)主存的塊空間）
每個(gè)進(jìn)程平均只產(chǎn)生半個(gè)塊大小的內(nèi)部碎片🧩
理解過程：重點(diǎn)理解
內(nèi)存：
大小相等的分區(qū)是“頁(yè)框”（頁(yè)框 = 頁(yè)幀 = 內(nèi)存塊 = 物理塊 = 物理頁(yè)面）
每個(gè)頁(yè)框的編號(hào)是“頁(yè)框號(hào)”（頁(yè)框號(hào) = 頁(yè)幀號(hào) = 內(nèi)存塊號(hào) = 物理塊號(hào) = 物理頁(yè)號(hào)）
進(jìn)程：
邏輯地址空間分為小塊，每個(gè)稱為“頁(yè)面”，編號(hào)是“頁(yè)號(hào)”
頁(yè)面與頁(yè)框一一對(duì)應(yīng)
頁(yè)表：
一個(gè)進(jìn)程對(duì)應(yīng)一張頁(yè)表
進(jìn)程每個(gè)頁(yè)面對(duì)應(yīng)一個(gè)頁(yè)表項(xiàng)
頁(yè)表項(xiàng)由 頁(yè)號(hào) ｜ 塊號(hào)組成
頁(yè)表記錄進(jìn)程頁(yè)面和實(shí)際存放內(nèi)存塊的映射關(guān)系

考點(diǎn)：重點(diǎn)
內(nèi)存塊數(shù) -> 頁(yè)表項(xiàng)占用字節(jié)
頁(yè)表記錄的是內(nèi)存塊號(hào)，求起始地址 = 號(hào) * 內(nèi)存塊大小
2的整數(shù)次冪：頁(yè)號(hào) （m位）+ 頁(yè)內(nèi)偏移量（k位）（2的m次方個(gè)頁(yè)面，2的k次方的內(nèi)存單元）
地址轉(zhuǎn)換：

相對(duì)于下面的分段：分頁(yè)有內(nèi)部碎片。由于一一對(duì)應(yīng)，不會(huì)產(chǎn)生外部碎片。同時(shí)換入換出寫入磁盤的只會(huì)是少數(shù)一個(gè)頁(yè)或幾個(gè)頁(yè)，不會(huì)花太多時(shí)間，交換效率高。
自身問題：頁(yè)表占用內(nèi)存空間很大！

多級(jí)頁(yè)表
上面談到了占用內(nèi)存空間很大，比如對(duì)于我們常見的題目，一個(gè)4GB的內(nèi)存，每個(gè)頁(yè)面4KB，那么需要2^20個(gè)頁(yè)（十進(jìn)制：一百萬(wàn)左右），每個(gè)頁(yè)表項(xiàng)需要4字節(jié)大小存儲(chǔ)的話，那整個(gè)4GB的空間映射需要4MB內(nèi)存存儲(chǔ)頁(yè)表，對(duì)于我們多進(jìn)程cpu，100個(gè)進(jìn)程就400MB內(nèi)存存儲(chǔ)頁(yè)表。
那多級(jí)頁(yè)表怎么節(jié)省的空間呢？
我們對(duì)于上面100萬(wàn)頁(yè)表項(xiàng)（單頁(yè)表）（1024*1024）分頁(yè)，將頁(yè)表（一級(jí)頁(yè)表）分為1024個(gè)頁(yè)表（二級(jí)頁(yè)表），每個(gè)二級(jí)頁(yè)表包含1024個(gè)頁(yè)表項(xiàng)，如圖

理解這個(gè)空間減少的過程（局部性原理）：
每個(gè)進(jìn)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(yè)表項(xiàng)是空的，沒有分配。同時(shí)分配的頁(yè)表項(xiàng)，如果最近一段時(shí)間未訪問可以考慮換出到硬盤，不占用內(nèi)存。
對(duì)于二級(jí)分頁(yè)，一級(jí)頁(yè)表可以覆蓋整個(gè)4GB邏輯地址空間，對(duì)于某一級(jí)頁(yè)表的頁(yè)表項(xiàng)不被用到，就不用創(chuàng)建對(duì)應(yīng)的二級(jí)頁(yè)表，需要時(shí)創(chuàng)建。
頁(yè)表覆蓋全部邏輯地址空間，不分級(jí)頁(yè)表就需要100萬(wàn)個(gè)頁(yè)表項(xiàng)，二級(jí)分頁(yè)只需要1024頁(yè)表項(xiàng)。
（比如：64位系統(tǒng)，用四級(jí)目錄）
缺點(diǎn)：地址轉(zhuǎn)換增加了時(shí)間開銷

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

基本分段存儲(chǔ)管理（這是早于分頁(yè)的）
包括兩種越界保護(hù)：1.邏輯地址中段號(hào)與寄存器中段長(zhǎng)比較 2.段表項(xiàng)內(nèi)的段長(zhǎng)與邏輯地址段內(nèi)偏移量比較
用戶進(jìn)程比如包括主程序、2個(gè)子程序、棧、數(shù)據(jù)，可以劃分為5段。
分段地址下的邏輯地址結(jié)構(gòu)：段號(hào)+段內(nèi)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(zhǎng)度
2-段表：段號(hào)+基址+段長(zhǎng)

如果一個(gè)邏輯地址（2，500）可以得到物理地址3000+500 = 3500
優(yōu)點(diǎn)：
1.提高內(nèi)存利用率
2.考慮用戶程序員：

方便編程、
信息保護(hù)和共享（兩個(gè)作業(yè)的段表中相應(yīng)的表項(xiàng)指向被共享段的同一個(gè)物理副本）
動(dòng)態(tài)增長(zhǎng)、
動(dòng)態(tài)鏈接

缺點(diǎn)：
1.碎片問題：

外部碎片：產(chǎn)生了多個(gè)不連續(xù)的小物理內(nèi)存，新的程序不能裝載（內(nèi)存交換解決）
無(wú)內(nèi)部碎片
但是分頁(yè)就會(huì)出現(xiàn)內(nèi)存碎片🧩，由于分頁(yè)是會(huì)將比如main函數(shù)分開放入4KB里面，會(huì)空余

2.內(nèi)存交換效率低

多進(jìn)程對(duì)于碎片進(jìn)行處理，要交換，涉及訪問磁盤，速度很慢

段頁(yè)式內(nèi)存管理
該邏輯地址： 段號(hào) + 段內(nèi)頁(yè)號(hào) + 頁(yè)內(nèi)偏移量

一個(gè)進(jìn)程中一個(gè)段表，可以有多個(gè)頁(yè)表
3次訪存：
1.訪問段表，得到頁(yè)表起始地址
2.訪問頁(yè)表，得到物理頁(yè)號(hào)
3.物理頁(yè)號(hào)和頁(yè)內(nèi)位移組合，得到物理地址
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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的操作系统--内存管理超详细整理！的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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