操作系统之内存管理
学完一遍，做题像没学一样，特来整理
借用了小林coding图解帮助记忆，🙏膜大佬
多个进程同时运行，要避免掉单片机那种绝对物理地址，将进程地址分隔开，获得自己的虚拟地址（逻辑），互不影响。
内存管理的功能：
内存空间的分配和回收
地址转换
内存空间的扩充
存储保护
程序的装入和链接（确定逻辑地址产生的过程）
编译：编译程序将用户的代码编译成目标模块（*.c —> .o）
这些目标模块逻辑地址都是0开始，只是相对于该模块的逻辑地址
链接：链接程序将目标模块和所需库函数链接在一起，形成装入模块（.exe)
链接阶段完成重定位，形成完整逻辑地址空间
1.静态链接：程序运行之前，链接成完整的可执行程序
2.装入时动态链接：边装入边链接
3.运行时链接：程序执行中需要才进行。便于修改更新、便于实现共享。
装入：装入程序将装入模块装入内存运行
装入程序将可执行代码装入内存时，必须通过地址转换（逻辑->物理）
1.绝对装入：无操作系统
2.可重定位装入（静态重定位）：必须分配要求的全部内存空间，一旦进入内存，整个运行期间不能移动，不可再次申请内存空间
3.动态运行时装入（动态重定位）：转换地址推迟到程序执行时，需要重定位寄存器。装入部分可以运行，运行期间动态分配内存，便于程序段共享，可以提供比存储空间大多的地址空间。
连续分配管理方式
单一连续分配（无需内存保护，内存中只有一道程序，有内部碎片）
固定分区分配（可划分为大小相等和大小不等）（缺点：不能实现多进程共享一个主存区，利用率低）
动态分区分配（外部碎片产生）（首次适应算法是最好的！）
非连续分配管理方式
（加入额外的空间存储分散区域的索引，实现利用分散的空闲分区）
基本分页存储管理方式
（由避免产生碎片引入分页思想：主存空间划分小块，大小相等固定的基本单位，将每个进程以块为单位划分，进程执行时以块申请主存的块空间）
每个进程平均只产生半个块大小的内部碎片🧩
理解过程：重点理解
内存：
大小相等的分区是“页框”（页框 = 页帧 = 内存块 = 物理块 = 物理页面）
每个页框的编号是“页框号”（页框号 = 页帧号 = 内存块号 = 物理块号 = 物理页号）
进程：
逻辑地址空间分为小块，每个称为“页面”，编号是“页号”
页面与页框一一对应
页表：
一个进程对应一张页表
进程每个页面对应一个页表项
页表项由 页号 ｜ 块号组成
页表记录进程页面和实际存放内存块的映射关系
考点：重点
内存块数 -> 页表项占用字节
页表记录的是内存块号，求起始地址 = 号 * 内存块大小
2的整数次幂：页号 （m位）+ 页内偏移量（k位）（2的m次方个页面，2的k次方的内存单元）
地址转换：
相对于下面的分段：分页有内部碎片。由于一一对应，不会产生外部碎片。同时换入换出写入磁盘的只会是少数一个页或几个页，不会花太多时间，交换效率高。
自身问题：页表占用内存空间很大！
多级页表
上面谈到了占用内存空间很大，比如对于我们常见的题目，一个4GB的内存，每个页面4KB，那么需要2^20个页（十进制：一百万左右），每个页表项需要4字节大小存储的话，那整个4GB的空间映射需要4MB内存存储页表，对于我们多进程cpu，100个进程就400MB内存存储页表。
那多级页表怎么节省的空间呢？
我们对于上面100万页表项（单页表）（1024*1024）分页，将页表（一级页表）分为1024个页表（二级页表），每个二级页表包含1024个页表项，如图
理解这个空间减少的过程（局部性原理）：
每个进程有4GB逻辑地址空间，但是大多程序使用不到那么多，好多页表项是空的，没有分配。同时分配的页表项，如果最近一段时间未访问可以考虑换出到硬盘，不占用内存。
对于二级分页，一级页表可以覆盖整个4GB逻辑地址空间，对于某一级页表的页表项不被用到，就不用创建对应的二级页表，需要时创建。
页表覆盖全部逻辑地址空间，不分级页表就需要100万个页表项，二级分页只需要1024页表项。
（比如：64位系统，用四级目录）
缺点：地址转换增加了时间开销
TLB
缓解时间开销，加入了具有并行查找能力的高速缓冲存储器—快表（TLB）
cpu寻址先查TLB，没命中再常规查找（由于局部性原理，命中率高！）
基本分段存储管理（这是早于分页的）
包括两种越界保护：1.逻辑地址中段号与寄存器中段长比较 2.段表项内的段长与逻辑地址段内偏移量比较
用户进程比如包括主程序、2个子程序、栈、数据，可以划分为5段。
分段地址下的逻辑地址结构：段号+段内偏移量
（小林大佬的图解更加清楚）
1-段表寄存器：段表始址+段表长度
2-段表：段号+基址+段长
如果一个逻辑地址（2，500）可以得到物理地址3000+500 = 3500
优点：
1.提高内存利用率
2.考虑用户程序员：
方便编程、
信息保护和共享（两个作业的段表中相应的表项指向被共享段的同一个物理副本）
动态增长、
动态链接
缺点：
1.碎片问题：
外部碎片：产生了多个不连续的小物理内存，新的程序不能装载（内存交换解决）
无内部碎片
但是分页就会出现内存碎片🧩，由于分页是会将比如main函数分开放入4KB里面，会空余
2.内存交换效率低
多进程对于碎片进行处理，要交换，涉及访问磁盘，速度很慢
段页式内存管理
该逻辑地址： 段号 + 段内页号 + 页内偏移量
一个进程中一个段表，可以有多个页表
3次访存：
1.访问段表，得到页表起始地址
2.访问页表，得到物理页号
3.物理页号和页内位移组合，得到物理地址
