基础知识
什么是内存?
几个常用的数量单位
程序运行原理
逻辑地址
总结
内存管理概述
概述
内存管理（ Memory Management）是操作系统设计中最重要和 最复杂的内容之一。操作系统对内存的划分和动态分配，就是内存管理的概念。
内存管理的功能有：
- 内存空间的分配与回收：由操作系统完成主存储器空间的分配和管理，使程序员摆脱存储分配的麻烦，提高编程效率。
- 地址转换：在多道程序环境下，程序中的逻辑地址与内存中的物理地址不可能一致，因此存储管理必须提供地
址变换功能，把逻辑地址转换成相应的物理地址。 - 内存空间的扩充：利用虚拟存储技术或自动覆盖技术，从逻辑上扩充内存
- 存储保护：保证各道作业在各自的存储空间内运行，互不干扰。在进行具体的内存管理之前，需要了解进程运行的基本原理和要求。
程序装入和链接
创建进程首先要将程序和数据装入内存。将用户源程序变为可在内存中执行的程序，通常需要以下几个步骤
- 编译：由编译程序将用户源代码编译成若干个目标模块
- 链接：由链接程序将编译后形成的一组目标模块，以及所需库函数链接在一起，形成一个完整的装入模块
- 装入：由装入程序将装入模块装入内存运行。
三种装入方式
绝对装入
绝对装入:在编译时，如果知道程序将放到内存中的哪个位置,装入程序按照装入模块中的地址，将程序和数据装入内存。
Eg:如果知道装入模块要从地址为100的地方开始存放…
静态重定位
动态重定位
动态重定位:又称动态运行时装入。编译、链接后的装入模块的地址都是从O开始的。装入程序把装入模块装入内存后，并不会立即把逻辑地址转换为物理地址，而是把地址转换推迟到程序真正要执行时才进行。因此装入内存后所有的地址依然是逻辑地址。这种方式需要一个重定位寄存器的支持。
链接的三种方式
- 静态链接:在程序运行之前,先将各目标模块及它们所需的库函数连接成一个完整的可执行文件（装入模块）,之后不再拆开。
- 装入时动态链接:将各目标模块装入内存时，边装入边链接的链接方式。
- 运行时动态链接:在程序执行中需要该目标模块时，才对它进行链接。其优点是便于修改和更新，便于实现对目标模块的共享。
进程运行的基本原理
内存保护
方式一
方式二
总结
覆盖与交换
覆盖
覆盖的基本思想是：由于程序运行时并非任何时候都要访问程序及数据的各个部分（尤其是大程序），因此可以把用户空间分成一个固定区和若干个覆盖区。将经常活跃的部分放在固定区.其余部分按调用关系分段。首先将那些即将要访问的段放入覆盖区，其他段放在外存中，在需要调用前，系统再将其调入覆盖区，替换覆盖区中原有的段.覆盖技术的特点是打破了必须将一个进程的全部信息装入主存后才能运行的限制，但当同时运行程序的代码量大于主存时仍不能运行，再而，大家要注意到，内存中能够更新的地方只有覆准区的段，不在覆盖区中的段会常驻内存。
原理
已经过时。
交换
交换（对换）的基本思想是，把处于等待状态（或在 CPU调度原则下被剥夺运行权利）的程序从内存移到 辅存，把内存空间腾出来，这一过程又叫换出：把准备好竞争CPU运行的程序从辅存移到内存，这一过程 又称为换入。
- 应该在外存（磁盘）的什么位置保存被换出的进程?
- 什么时候应该交换?
- 应该换出哪些进程?
注意PCB不会被交换。
总结
连续分配管理方式
单一连续分配
在单一连续分配方式中，内存被分为系统区和用户区。系统区通常位于内存的低地址部分，用于存放操作系统相关数据;用户区用于存放用户进程相关数据。
内存中只能有一道用户程序，用户程序独占整个用户区空间。
- 优点:实现简单;无外部碎片;可以采用覆盖技术扩充内存;不一定需要采取内存保护（eg:早期的PC操作系统MS-DOS)。
- 缺点:只能用于单用户、单任务的操作系统中;有内部碎片;存储器利用率极低。（分配给某进程的内存区域中，如果有些部分没有用上，就是“内部碎片”）
固定分区分配
20世纪60年代出现了支持多道程序的系统，为了能在内存中装入多道程序，且这些程序之间又不会相互干扰，于是将整个用户空间划分为若干个固定大小的分区，在每个分区中只装入一道作业，这样就形成了最早的、最简单的一种可运行多道程序的内存管理方式。
大小相等的分区
大小不相等的分区
动态分区分配
概述
动态分区分配又称为可变分区分配。这种分配方式不会预先划分内存分区，而是在进程装入内存时,根据进程的大小动态地建立分区，并使分区的大小正好适合进程的需要。因此系统分区的大小和数目是可变的。(eg:假设某计算机内存大小为64MB，系统区8MB，用户区共56 MB.….)
用什么数据结构记录内存使用情况？
多个空闲分区时，如何选择空闲区分配？
如何进行分区的分配和回收？
以空闲分区表来举例
分配
情况一：进程需要的大小小于空闲分区大小，只需要修改空闲分区表
情况二：进程需要的大小等于空闲分区大小，删除空闲分区表的行
回收
情况一：
情况二：
情况三：
情况四：
内部碎片和外部碎片
动态分区分配没有内部碎片，但是有外部碎片。
- 内部碎片，分配给某进程的内存区域中，如果有些部分没有用上。
- 外部碎片，是指内存中的某些空闲分区由于太小而难以利用。如果内存中空闲空间的总和本来可以满足某进程的要求，但由于进程需要的是一整块连续的内存空间，因此这些“碎片”不能满足进程的需求。
外部碎片例子：
可以通过紧凑（拼凑，Compaction）技术来解决外部碎片。
总结
动态分区分配算法
首次适应算法
算法思想:每次都从低地址开始查找，找到第一个能满足大小的空闲分区。
如何实现:空闲分区以地址递增的次序排列。每次分配内存时顺序查找空闲分区链（或空闲分区表)，找到大小能满足要求的第一个空闲分区。
最佳适应算法
算法思想:由于动态分区分配是一种连续分配方式，为各进程分配的空间必须是连续的一整片区域。因此为了保证当“大进程”到来时能有连续的大片空间，可以尽可能多地留下大片的空闲区，即，优先使用更小的空闲区。
如何实现:空闲分区按容量递增次序链接。每次分配内存时顺序查找空闲分区链（或空闲分区表)，找到大小能满足要求的第一个空闲分区。也就是能满足中进程大小的最小的一个空闲分区。
最坏适应算法
又称最大适应算法( Largest Fit)。
算法思想:为了解决最佳适应算法的问题――即留下太多难以利用的小碎片，可以在每次分配时优先使用最大的连续空闲区，这样分配后剩余的空闲区就不会太小，更方便使用。
如何实现:空闲分区按容量递减次序链接。每次分配内存时顺序查找空闲分区链（或空闲分区表)，找到大小能满足要求的第一个空闲分区。
邻近适应算法
算法思想:首次适应算法每次都从链头开始查找的。这可能会导致低地址部分出现很多小的空闲分区，而每次分配查找时，都要经过这些分区，因此也增加了查找的开销。如果每次都从上次查找结束的位置开始检索，就能解决上述问题。
如何实现:空闲分区以地址递增的顺序排列（可排成一个循环链表）。每次分配内存时从上次查找结束的位置开始查找空闲分区链（或空闲分区表)，找到大小能满足要求的第一个空闲分区。而不是首次适应算法从低地址的第一个空闲分区开始找。
总结
算法开销指的时维持空闲分区链表或者数组的排列顺序的条件。最佳适应和最坏适应都要保持递增或者递减。
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