操作系统学习笔记】(四)内存管理(1)

简介: 本文是个人学习《现代操作系统》一书后的笔记,本文重点总结内存管理和置换算法两部分。
本文首发于稀土掘金。该平台的作者 逐光而行 也是本人。

本文是个人学习《现代操作系统》一书后的笔记,本文重点总结内存管理和置换算法两部分。

内存管理

理想的存储器(暂无法实现):私有的、容量无限大的、速度无限快的、永久性的。

现实理念:分层存储器体系

管理分层存储器体系的部分称为存储管理器。

无存储器抽象

  • 这种系统中实现并行的一种方法是使用多线程进行编程。

未被广泛使用的原因:线程无法实现同一时间运行没有关联的程序。

  • 借助特殊硬件的帮助(参考IBM360的早期模型)

存储器抽象之一:地址空间

地址空间是一个进程可用于寻址内存的一套地址集合。

要使多个应用程序同时处于内存中且不相互影响,需要解决两个问题:保护和重定向

基址寄存器和界限寄存器

  • 想达成的目标:给每个程序一个自己独有的地址空间
  • 解决思路:动态重定位:简单把每个进程的地址空间映射到物理内存的不同部分。
  • 解决方法:给每个CPU配置两个特殊硬件寄存器。

处理内存超载

  • 交换技术

把一个进程完整调入内存,使该进程运行一段时间,然后把它存回磁盘。

- 内存紧缩:将所有进程尽可能向下移动,将内存交换产生的小 空闲区 合成一大块。
(注:通常不进行,因为很耗CPU时间)
  • 虚拟内存

空闲内存管理

使用位图

(一个位表示一块空间的情况,个人理解类似于嵌入式中的bit-band)

使用链表

维护一个记录已分配内存段和空闲内存段对的链表。

一些适配算法:

  • 首次适配算法
  • 下次适配算法

记录上次结束的位置,下次从该位置开始搜

  • 最佳适配算法

搜索整个链表到结束,找出 最小 空闲区

  • 最差适配算法

最大

  • 快速适配算法

为常用大小的空闲区维护单独的链表

虚拟内存

思想:每个程序拥有自己的地址空间,该空间被分割为很多块,称为page,每个page有连续的地址范围,并被映射到物理内存。

  • 边界如何处理:当程序引用了一部分不在物理内存中的地址空间时,由操作系统将缺失的部分装入物理内存并重新执行失败的指令。

加速分页进程

提供一个小型硬件设备(或通过软件实现),将虚拟地址直接映射到物理地址,而不访问页表。

(我记得6.s081的lab3就是在实现这个),该设备称为转换检测缓冲区(TLB)

针对大内存的页表

  • 多级页表
  • 倒排页表

页面置换算法

最优的情况(无法实现)

置换标记最大的页面。把因需要调入这个页面而发生的缺页中断推迟到将来,越久越好。

NRU(最近未使用)

LRU的近似

FIFO(先进先出)

队列

可能抛弃重要页面

第二次机会页面置换算法

对FIFO的改进,检查最老页面的R位,若为0;置换;为1,则清0并将其放至最后。(给它第二次机会)

时钟页面置换算法

对二次机会算法的改进,将页面保存在环形链表中,修改时不需要频繁移动链表,只需要将指针前移。

现实

LRU(least recently used)

两种方法:

  • 软件法:在内存中维护一个所有页面的链表。最近最少使用的在表尾。
  • 硬件法: 计数器

优秀但难实现

NFU(not frequently used)

LRU近似,相似程度比NRU大

老化算法

LRU近似,相似程度比NFU大

工作集页面置换算法

存在背景:大多数程序并不是均匀访问其地址空间的

  • 工作集(Denning):一个进程当前使用的页面的集合称为它的工作集。
  • 颠簸(Denning):若每执行几条指令就发生一次缺页中断,就称程序发生颠簸。
  • 工作集模型(Denning):

多道程序设计系统中,经常会把进城转移到磁盘上(从内存中移走所有页面)。不少分页系统会设法跟踪进程的工作集,以确保在让进程运行之前,其工作集就已在内存中。这种预先装入工作集的方法也成为了预先调页(prepaging)

实现开销大

工作集时钟页面置换算法(在原有基础上加个环形)

挺好的

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