操作系统-3.3-内存(动态分区分配算法&&基本分页存储管理详解）

Posted 2021-09-05 LL.LEBRON

文章目录

• 操作系统-3.3-内存
• • 5.动态分区分配算法
  • • 5.1首次适应算法
    • 5.2最佳适应算法
    • 5.3最坏适应算法
    • 5.4邻近适应算法
    • 5.5总结
  • 6.基本分页存储管理
  • • 6.1把“固定分区分配“改造为”非连续分配版本“
    • 6.2分页存储管理的基本管理
    • 6.3如何实现地址的转换？
    • 6.4逻辑地址结构
    • 6.5页表
    • 6.6总结

操作系统-3.3-内存

本文内容讲解动态分区分配算法和非连续分配管理方式中的基本分页存储管理。

5.动态分区分配算法

5.1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。

5.2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。
• 缺点：每次都选最小的分区进行分配，会留下越来越多的，很小的，难以利用的内存块。因此这种方法会产生很多外部碎片。

5.3最坏适应算法

• 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。
• 缺点：每次都选最大的分区进行分配，虽然可以让分配后留下的空闲区更大，更可用，但是这种方式会导致较大的连续空闲区被迅速用完。如果之后有“大进程”到达，就没有内存分区可用了。

5.4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。
  

5.5总结

6.基本分页存储管理

• 连续分配：为用户进程分配的必须是一个连续的内存空间。
• 非连续分配：为用户进程分配的可以是一些分散的内存空间。

6.1把“固定分区分配“改造为”非连续分配版本“

思考：连续分配方式的缺点

考虑支持多道程序的两种连续分配方式：

1. 固定分区分配：缺乏灵活性，会产生大量的内部碎片，内存的利用率很低。
2. 动态分区分配：会产生很多外部碎片，虽然可以用“紧凑”技术来处理，但是“紧凑”的时间代价很高。

如果允许将一个进程分散地装入到许多不相邻的分区中，便可充分地利用内存，而无需再讲行“紧凑”。

基本分页存储管理的思想：把内存分为一个个相等的小分区，再按照分区大小把进程拆分成一个个小部分。如果把分区大小设置的更小一些，内部碎片会更小，内存利用率会更高。

6.2分页存储管理的基本管理

• 将内存空间分为一个个大小相等的分区（比如:每个分区4KB），每个分区就是一个“页框”，或称“页帧”、“内存块”、“物理块”。每个页框有一个编号，即“页框号”(或者“内存块号”、“页帧号”、“物理块号”）页框号从0开始。
• 将用户进程的地址空间也分为与页框大小相等的一个个区域，称为“页”或“页面”。每个页面也有一个编号，即“页号”，页号也是从0开始。
  （注：进程的最后一个页面可能没有一个页框那么大。因此，页框不能太大，否则可能产生过大的内部碎片)
• 操作系统以页框为单位为各个进程分配内存空间。进程的每个页面分别放入一个页框中。也就是说，进程的页面与内存的页框有一一对应的关系。
  各个页面不必连续存放，也不必按先后顺序来，可以放到不相邻的各个页框中。

6.3如何实现地址的转换？

进程在内存连续存放时，操作系统是如何实现逻辑地址到物理地址的转换的？

1. 要算出逻辑地址对应的页号。页号=逻辑地址/页面长度
2. 要知道该页号对应页面在内存中的起始地址。（操作系统需要用某种数据结构记录进程各个页面的起始位置）
3. 要算出逻辑地址在页面内的“偏移量”。页内偏移量=逻辑地址%页面长度
4. 物理地址=页面始址＋页内偏移量。

我们看个栗子：

6.4逻辑地址结构

分页存储管理的逻辑地址结构组成：页号+页面偏移量。

6.5页表

为了能知道进程的每个页面在内存中存放的位置，操作系统要为每个进程建立一个页表。

1. 一个进程对应一张页表。
2. 进程的每一页对应一个页表项。
3. 每个页表项由“页号”和“块号”组成。
4. 页表记录进程页面和实际存放的内存块之间的对应关系。
5. 每个页表项的长度是相同的，页号是“隐含”的。

6.6总结