分配内存页和页表的算法

Posted 2023-02-17

【中文标题】分配内存页和页表的算法

【英文标题】：Algorithm for allocating memory pages and page tables

【发布时间】：2010-01-20 06:28:33

【问题描述】：

我想设计一种分配和释放内存页和页表的算法。哪些数据结构可以实现最佳性能和最简单的实现？

【问题讨论】：

正如他们所说：快速、好或便宜：选择任何两个。

你想用所说的页面和/或页表做什么？使用可以帮助缩小实施范围。空闲页面的链接列表会非常快，但会消耗大量内存。更详细的问题将导致更详细的答案。

上述算法必须设计用于内存非常低的嵌入式平台，比如 64 MB。由于反复出现页面错误，某些应用程序运行缓慢。分配页表中的散列如何帮助我优化/减少页面错误的发生。

【参考方案1】：

毫不奇怪，最常见的算法和数据结构称为page table。最基本的，它由一个将虚拟地址空间块映射到物理地址空间块的数组组成；未分配的页面设置为空。当一个进程试图访问未映射的内存时，系统会获取一个以前未使用的物理内存块并将其映射到页表中。

由于大多数虚拟内存空间对于单级页表来说太大了（具有 4k 页的 32 位机器需要 32 位 *（2^32 字节 / 4 KB）=每个虚拟地址空间 4 兆字节，而 64第一个需要成倍增加），使用多级页表：顶层由指向二级页表的指针组成，这些指针指向物理内存的实际区域（可能具有更多的间接级别）。这允许系统在大面积未使用的地址空间时节省页表上的内存。

【参考方案2】：

尽管操作系统通常实现页表，但更简单的解决方案可能是这样的。

有一个大的连续内存作为数组。当您分配一些内存时，将该信息保存在一个链表中，该链表存储数组的索引和数据部分的长度。

在构建链表时，确保它是按索引排序的。

当你想分配内存时，扫描链表，这将花费 O(N)。其中 N 是已经完成的分配。

删除将扫描数组中的特定索引并删除链表中的节点。

一旦节点被删除，就有一个包含这些空闲分配的单独链表。

插入将如下所示。 1. 如果请求的大小列表中有元素，则检查空闲列表。 2.如果没有，则在链表的最后一个元素之后分配内存

删除将像这样进行， 1. 将节点移动到空闲列表中。

确保空闲列表和链表在索引上排序。

这种方法不能解决内存分配器中的碎片问题。一种简单的方法是使用压缩。定期扫描空闲节点链表，对每个元素移动数组中的元素，并适当更新链表中节点的索引。