作業系統考研複試複習-3
阿新 • • 發佈：2022-03-15
第三部分：記憶體管理
1，為什麼要進行記憶體管理？
因為現代計算機的程式是併發執行的，記憶體中存在許多程序，記憶體管理就是對記憶體中資源進行管理。
2，記憶體管理要做那些工作？
（1）記憶體空間的分配與回收
（2）地址轉換
（3）記憶體空間的擴充
（4）各個程序儲存空間的保護
3，記憶體空間如何分配和回收？
1，程式從外存到記憶體的過程？
編譯：將程式碼編譯為目標模組
連結：形成完整的裝入模組的邏輯地址
分為三種方式：（1）靜態連結（2）裝入時動態連結（3）執行時動態連結
裝入：在裝入時會發生從邏輯地址到實體地址的轉換
分為三種方式：
（1）絕對裝入：在連結時就生成實體地址（適合單道處理機）
（2）可重定位裝入【又稱靜態重定位】：在裝入時形成實體地址（多道批處理）
（3）動態執行時裝入：在執行時形成實體地址（現代作業系統）適合執行時程式位置可能會發生的OS，需要重定位暫存器的支援。
2，如何決定佔用哪一塊的記憶體？
記憶體空間的管理：
（1）連續分配：
單一連續分配：單道OS，將記憶體分為系統區和使用者區
固定分割槽分配：【為了支援多道程式】分為分割槽大小相等和分割槽大小不等兩種
利用分割槽表說明分割槽
動態分割槽分配：【為了提高併發性，提高記憶體空間的利用率】
問題：如何記錄？如何分配？如何回收？
（1）記錄：用空閒分割槽表或空閒分割槽鏈
（2）分配：動態分割槽分配演算法：首次適應，最佳適應，最壞適應，臨近適應演算法
（2）非連續分配：
邏輯地址結構決定了虛擬記憶體定址空間大小
PCB存放記憶體中的系統區中。
1，頁式儲存管理（產生內部碎片）：
（1）通過頁表來實現地址變換（邏輯地址到實體地址），頁表相當於一張索引表。
過程：邏輯地址由邏輯頁號和頁內偏移組成，先用頁號檢索頁表得到相應的物理塊號，物理塊號與頁內地址拼接形成實體地址，訪問記憶體。
檢索的過程：首先檢查邏輯地址的頁號是否大於頁表的長度，如果大於則產生越界中斷，反之，則用頁號×頁表項的長度+頁表起始地址（頁表暫存器中記錄）
頁式儲存管理地址空間是一維的。
（2）加入快表之後的地址變換：
將頁號與頁表長度進行越界判斷之後就根據頁號查詢快表（TLB），未命中，再查慢表（記憶體中的頁表）：快表需要儲存頁號，並且快表為相聯儲存器（按內容定址）
2，段式儲存管理（產生外部碎片）：
段式儲存空間管理有利於共享和資訊的保護、程式的編譯和動態增長，並且符合人類的程式設計思維。
通過段表來實現地址變換，變換過程：
首先比較段號與段的總數，如果大於，則產生越界中斷，反之，則將段號×段表項長度，找到段號所對應的行，再比較段內地址與段長，如果大於，則產生越界中斷，反之用物理段號加段內偏移地址即是實體地址。
段式儲存空間管理是二維的，不僅要給出段數，而且要給出段長（每段長度不固定）
3，兩級頁表
頁表需要連續儲存，當程式很大時就需要很多連續的空間去儲存頁表項，兩級頁表就是頁表的頁表，使頁表不需要連續儲存，但是增加了訪存的次數（3次）。
4，段頁式儲存
為什麼需要段頁式儲存？結合段式儲存與頁式儲存的優點，即方便程式設計，又方便計算機OS的管理。
每一個程序都有一張段表，每一個段對應一張頁表，在進行地址轉換時：先查段表得到該項頁表的實體地址，再查頁表。得到最終的實體地址。
3，記憶體空間的擴充——虛擬儲存器
思想：將記憶體看作外存的高速儲存器，既有記憶體的速度，又有外存的大小。
1，為什麼要引入虛擬記憶體？
因為傳統的記憶體管理有一次性和駐留性，需要每次將整個作業裝入記憶體才能執行，且執行過程中不能換入換出（即時部分程式不常用），不利於大作業及多道併發工作。
基於區域性性原理：只需要把程式的一部分裝入記憶體就可以執行，如果執行過程中，需要不在記憶體中的資訊，再由OS將所需要的部分調入記憶體即可。在執行過中，把暫時不需要的內容調出記憶體，換入更加需要的資訊。完成多次性和對換性
2，引入虛擬記憶體之後需要那些變化
虛擬記憶體大小？如何分配頁面數？如何換入換出？如何進行邏輯地址的轉換？
（1）需要一些硬體支援
需要缺頁中斷機制和地址變換機制
（2）頁表項的變化
需要增加有效位以表示該頁是否在記憶體中，增加修改位說明該塊是否進行了寫操作，增加外存地址，增加訪問欄位以決定如何進行塊的淘汰。
虛存大小由虛擬地址結構決定
（3）記憶體不夠時如何決定讓哪一頁換出？——頁面置換演算法
FIFO：選擇最先進入記憶體的頁面淘汰，可能會造成Belady異常
OPT：最佳置換演算法：向後看，選擇未來訪問最少的頁或不再訪問的頁面（是無法實現的，常被用作評價其他演算法的標準）
LRU：最近最少使用，開銷大（需要記錄每個頁面的訪問次數），效能好
CLOCK：為了解決LRU開銷大的問題
（1）簡單的clock演算法：用訪問位作為參考，先選擇訪問位為0的頁面換出
在迴圈掃描的過程中將自己掃描過的頁面的訪問位置為零。
（2）改進的clock演算法：選擇訪問位和修改位作為參考
最多進行四輪：優先順序（0,0）<（0,1）<（1,0）<（1,1）
（4）如何確定給每一個程序分配的頁面數目大小？三種策略：
1，固定分配，區域性變換 ：每一個程序分配固定的頁面數目，在自己的頁面數目上進行換入換出
2，可變分配，全域性置換：作業系統預留一個空白頁面集，每當某一個程序發生缺頁時就分配給該程序一個頁面。
3，可變分配，區域性置換：只有當該程序頻繁出現缺頁現象才分配給該程序頁面。
（5）用工作集的大小確定駐留集（分配頁面數）的大小
駐留集：已經分配的記憶體頁面數
工作集：在工作視窗中的頁面的集合
分配的駐留集應該大於工作集的大小
如果駐留集 < 工作集 可能會產生顛簸現象（頁面頻繁換入換出）
（6）如何從外存調入頁面
將外存分為檔案區和對換區，調入調出頁面在對換區進行，為了提高對換區的換入換出速度採用連續儲存，而檔案區採用離散儲存。