操作系统lab7(内存管理)
Linux_操作系统内存管理
成页块组，即1页块组、2页块组……32页块组。 ✓ 每个页块组用一个双向循环链表进行管理，共有６
个链表，分别为1、2、4、8、16、32页块链表。
分别挂到free_area[] 数组上。
物理内存空间管理
空闲内存的组织 分配 回收源自物理空间的组织(include/linux/fs.h,struct page)
物理内存以页帧(page frame)为单位，页帧的长度 固定，等于页长，对INTEL CPU缺省为4K字节。
LINUX对物理内存的管理通过mem_map表描述 (mm/memory.c)。
Linux的三级分页结构
页表是从线性地址向物理地址转换中不可缺少的数据结构，而且它使 用的频率较高。页表必须存放在物理存储器中。
虚存空间有4GB，按4KB页面划分页表可以有1M页。 若采用一级页表机制，页表有1M个表项，每个表项4字节，这个页面
就要占用4MB的内存空间。 由于系统中每个进程都有自己的页表，如果每个页表占用4MB，对于
一种对象类型，如i节点缓存、PCB缓存等。 ▪ 内核从它们各自的缓存种分配和释放对象。 ▪ 每种对象的缓存区由一连串slab构成，每个slab由
一个或者多个连续的物理页面组成。这些页面种包 含了已分配的缓存对象，也包含了空闲对象。
其他物理内存空间管理slab
cache
Slab PCB缓
存
Slab i节点 缓存
• 内 核 态 虚 拟 空 间 从 3GB 到 3GB+4M 的 一 段 （ 也 就 是 进 程 页 目录第768项所管辖的范围），被 映射到物理空间0到4M段。因此， 进程处于核心态时，只要通过访 问 虚 拟 空 间 3GB 到 3GB+4M 段 ， 偏移地址0到4M，即访问了物理 空间0到4M段。
操作系统实验任务书(3)-内存管理-可变分区
沈阳工程学院
学生实验任务书
实验室名称：计算机实验室实验课程名称：操作系统
实验项目名称：存储管理（1）
一．实验目的
通过编写和调试存储管理的模拟程序以加深对存储管理方案的理解，熟悉可变分区存储管理的内存分配和回收。
二．实验设备
PC机一台，WIN-TC软件。
三．实验项目
编写程序实现采用可变分区方法管理内存。
1、在该实验中，采用可变分区方式完成对存储空间的管理（即存储空间的分配与回收工作）。
2、设计用来记录主存使用情况的数据结构：已分区表和空闲分区表或链表。
3、在设计好的数据结构上设计一个主存分配算法。
4、在设计好的数据结构上设计一个主存回收算法。
其中，若回收的分区有上邻空闲分区和（或）下邻空闲分区，要求合并为一个空闲分区登记在空闲分区表的一个表项里。
5、（附加）若需要可以实现程序的浮动，对内存空间进行紧凑。
·1·。
深入理解Linux内存管理
深入理解Linux内存管理作者简介：程磊，一线码农，在某手机公司担任系统开发工程师，日常喜欢研究内核基本原理。
•1.1 内存管理的意义•1.2 原始内存管理•1.3 分段内存管理•1.4 分页内存管理•1.5 内存管理的目标•1.6 Linux内存管理体系•2.1 物理内存节点•2.2 物理内存区域•2.3 物理内存页面•2.4 物理内存模型•2.5 三级区划关系•3.1 Buddy System▪ 3.1.1 伙伴系统的内存来源▪ 3.1.2 伙伴系统的管理数据结构▪ 3.1.3 伙伴系统的算法逻辑▪ 3.1.4 伙伴系统的接口▪ 3.1.5 伙伴系统的实现•3.2 Slab Allocator▪ 3.2.1 Slab接口▪ 3.2.2 Slab实现▪ 3.2.3 Slob实现▪ 3.2.4 Slub实现•3.3 Kmalloc•3.4 Vmalloc•3.5 CMA•4.1 内存规整•4.2 页帧回收•4.3 交换区•4.4 OOM Killer•5.1 ZRAM•5.2 ZSwap•5.3 ZCache•6.1 页表•6.2 MMU•6.3 缺页异常•7.1 内核空间•7.2 用户空间•8.1 总体统计•8.2 进程统计一、内存管理概览内存是计算机最重要的资源之一，内存管理是操作系统最重要的任务之一。
内存管理并不是简单地管理一下内存而已，它还直接影响着操作系统的风格以及用户空间编程的模式。
可以说内存管理的方式是一个系统刻入DNA的秉性。
既然内存管理那么重要，那么今天我们就来全面系统地讲一讲Linux内存管理。
1.1 内存管理的意义外存是程序存储的地方，内存是进程运行的地方。
外存相当于是军营，内存相当于是战场。
选择一个良好的战场才有利于军队打胜仗，实现一个完善的内存管理机制才能让进程多快好省地运行。
如何更好地实现内存管理一直是操作系统发展的一大主题。
在此过程中内存管理的基本模式也经历了好几代的发展，下面我们就来看一下。
操作系统内存最全解析！！！（内附超全思维导图）
操作系统内存最全解析（内附超全思维导图）主存(RAM) 是一件非常重要的资源，必须要认真对待内存。
虽然目前大多数内存的增长速度要比IBM 7094 要快的多，但是，程序大小的增长要比内存的增长还快很多。
不管存储器有多大，程序大小的增长速度比内存容量的增长速度要快的多。
下面我们就来探讨一下操作系统是如何创建内存并管理他们的。
经过多年的研究发现，科学家提出了一种分层存储器体系(memory hierarchy)，下面是分层体系的分类位于顶层的存储器速度最快，但是相对容量最小，成本非常高。
层级结构向下，其访问速度会变慢，但是容量会变大，相对造价也就越便宜。
（所以个人感觉相对存储容量来说，访问速度是更重要的）操作系统中管理内存层次结构的部分称为内存管理器(memory manager)，它的主要工作是有效的管理内存，记录哪些内存是正在使用的，在进程需要时分配内存以及在进程完成时回收内存。
所有现代操作系统都提供内存管理。
下面我们会对不同的内存管理模型进行探讨，从简单到复杂，由于最低级别的缓存是由硬件进行管理的，所以我们主要探讨主存模型和如何对主存进行管理。
无存储器抽象最简单的存储器抽象是无存储器。
早期大型计算机（20 世纪60 年代之前），小型计算机（20 世纪 70 年代之前）和个人计算机（20 世纪 80 年代之前）都没有存储器抽象。
每一个程序都直接访问物理内存。
当一个程序执行如下命令：MOV REGISTER1, 1000计算机会把位置为 1000 的物理内存中的内容移到 REGISTER1 中。
因此呈现给程序员的内存模型就是物理内存，内存地址从0 开始到内存地址的最大值中，每个地址中都会包含一个 8 位位数的内存单元。
所以这种情况下的计算机不可能会有两个应用程序同时在内存中。
如果第一个程序向内存地址2000 的这个位置写入了一个值，那么此值将会替换第二个程序2000 位置上的值，所以，同时运行两个应用程序是行不通的，两个程序会立刻崩溃。
操作系统内存管理与文件系统简析
操作系统内存管理与文件系统简析操作系统是计算机系统中的核心组成部分，负责管理计算机硬件资源、协调各种应用程序的运行以及为用户提供友好的界面。
其中，内存管理和文件系统是操作系统中非常重要的两个方面。
一、内存管理内存是计算机系统中用于存储和运行程序的重要组件。
操作系统需要负责管理内存，确保每个程序都能够获得需要的内存资源，并且能够高效地进行存储和读取数据。
1. 内存分配内存分配是指操作系统将内存空间划分给不同的程序使用。
常见的内存分配方式包括连续分配和离散分配。
连续分配是将内存空间划分为若干连续的块，每个程序分配一块连续的内存空间。
主要的连续分配算法有固定分区分配和可变分区分配。
在固定分区分配中，内存被固定地分成几个固定大小的分区，每个分区分配给一个程序使用。
而在可变分区分配中，内存根据程序的需要动态地进行分区。
离散分配则是将内存划分为若干个大小不等的碎片，每个程序根据需要分配适合大小的碎片。
常见的离散分配算法有伙伴系统和分页系统。
伙伴系统将内存划分为大小相等的块，程序可以根据需要分配一个或多个相邻块。
分页系统则将内存和程序都划分为固定大小的页面，程序的每个页面可以分配到不同的内存空间，并且可以灵活地替换到辅助存储器中。
2. 内存保护内存保护是指操作系统通过控制权限和访问控制来保护内存资源，防止程序之间的相互干扰。
常用的内存保护技术包括地址重定位、地址限制和访问权限控制。
地址重定位是将程序的逻辑地址转换为物理地址，确保程序可以正确访问内存中的数据。
地址限制是对程序访问的内存地址进行限制，避免程序越界访问其他进程的内存。
访问权限控制则是通过设置页面表、页表和权限位等方式，对不同程序的内存访问进行控制。
二、文件系统文件系统是操作系统中用于管理存储设备上的文件的一种机制。
它提供了文件的存储、读取和管理功能，为用户和应用程序提供了一种统一的访问接口。
1. 文件组织文件系统将存储设备上的数据组织为文件和目录的层次结构。
LINUX系统基本的内存管理知识讲解
LINUX系统基本的内存管理知识讲解在 LINUX 操作系统中，内存管理是任何管理员必须了解的重要主题之一。
内存管理不仅包括内存的分配和释放，还包括缓存和页面缓存等概念。
以下是 LINUX系统基本的内存管理知识的讲解。
内存分配和释放在 LINUX 中，内存分配和释放是非常重要的操作。
内存分配过程涉及到申请一块连续的内存，而内存释放操作则将已申请的内存归还给系统。
这些操作都会在系统启动时完成，并由内核来管理。
内核负责将申请的内存分配给进程，以及在进程退出或不再需要该内存时回收内存。
内存分配是通过系统调用完成的。
常见的系统调用包括malloc()和free()。
malloc()函数用于申请一定量的内存，而free()函数用于释放该内存。
在 LINUX 中，内存还可以通过open()和mmap()等系统调用进行分配。
open()函数用于打开一个文件，而mmap()函数将该文件映射到内存中。
缓存LINUX 使用缓存机制来提高文件的读取速度。
缓存是将文件的一部分存储在内存中，以便之后更快地访问该文件。
此过程由内核负责完成，并使用缓存替换算法以确保缓存中的数据始终是最有用的数据。
LINUX 中的缓存是通过读取文件系统中的文件并在其中进行缓存的。
当内核需要根据文件系统中的文件读写某个文件时，它会自动查找文件是否已经在缓存中。
如果文件没有在缓存中，则会从磁盘中读取并将其存储在缓存中。
当请求某个文件时，文件将从缓存中读取，而不是从磁盘中读取，这可以大大提高读取速度。
页面缓存在 LINUX 中，页面缓存是一种特殊类型的缓存，用于在内存中存储磁盘数据块的副本。
当文件从磁盘读取时，Linux 将其读取到页面缓存中，并将副本存储在内存中。
每当应用程序请求读取文件时，Linux 将数据块从页面缓存中读取并传递给应用程序。
如果应用程序更改了数据块，则本地副本和磁盘上的数据块将异步更新。
内存管理工具LINUX 中有几个内存管理工具，可以帮助管理员了解内存使用情况。
Windows7内存管理机制Superfetch介绍
Windows7内存管理机制Superfetch介绍Windows seven ：内存占用高并不是不好！（Windows7内存管理机制Superfetch介绍）读过了“森木”管理员的《windows vista wow》之后，受益匪浅。
虽说不是成为了一个“专家”，但也对从vista开始引进的新的内存管理机制Superfetch有了一定的了解。
发现了很多人一开始（包括我）对于vista、7的内存的使用的误区。
一般来说，从XP升的用户大多都认为系统空闲时内存使用越少越好。
而到了7的时代（更准确的说是vista之后），这一个本该转变的观念却还迟迟留在大家的记忆里。
今天，我看到一篇说7的内存占用太多而换回使用XP的，对此我认为比较遗憾。
所以，我又翻开了那本的《windows vista wow》，仔细再次阅读了关于Superfetch的章节。
因为不是人人都有这本书。
所以在此介绍给大家。
同时也是想改变一下大家的观念。
从而使更多的用户可以对7充满积极！介绍之前，我也对我们的管理员Sveir表示感谢，他的《windows vista wow》让我更加的了解的vista（当然，了解vista后才能进一步了解7）。
同时我也会引用一些书中的例子等。
由于书中的句子比较繁杂，不容易理解。
我还会使用图片以及生动的比喻告诉给大家。
因为我的理解能力有限，且也是从书中获取的知识，如果有什么讲的不对的话，非常欢迎大家的指正和批评。
在了解Superfetch内存管理机制之前。
我们要弄清楚一些概念。
下面我就来讲解一下什么叫做“工作集”。
一、工作集的概念和作用首先，我们从内存讲起。
我们可以简单的将内存理解为“数据结构”+“工作集”。
也就是说，在内存这个大房子里面有两个房间，一个是“数据结构”房间，另一个是“工作集”房间。
那么我们就开始讲什么是“工作集”房间。
我们可以将每一个程序的运行占用的内存当做一个员工，而这些员工要工作的话就必须要走进他们的办公室，然后才能开始工作，那么这些“办公室”就可以理解为工作集了。
操作系统内存管理知识
操作系统内存管理知识什么是内存管理？总的来说系统内存管理包括物理内存管理和虚拟内存管理。
这里给大家共享一些关于操作系统内存管理学问，希望对大家能有所关怀。
物理内存管理概述:操作系统负责内存空间的支配与回收内存空间的扩展：操作系统需要提供某种技术从规律上对内存空间进行扩充操作系统需要提供地址转换功能，负责程序的规律地址与物理地址的转换操作系统需要提供内存爱惜功能。
保证各进程在各自存储空间内运行，互不干扰内存空间的扩展:覆盖技术:将程序分为多个段(多个模块)。
常用的段常驻内存，不常用的段在需要时调入内存。
内存中分为一个“固定区”和若干个“覆盖区”。
需要常驻内存的段放在“固定区”中，调入后就不再调出(除非运行结束) 不常用的段放在“覆盖区”，需要用到时调入内存，用不到时调出内存。
交换技术：交换(对换)技术的设计思想：内存空间紧急时，系统将内存中某些进程临时换出外存，把外存中某些已具备运行条件的进程换入内存(进程在内存与磁盘间动态调度)于操作系统内存管理学问，希望对大家能有所关怀。
非连续支配管理方式连续支配：为用户进程支配的必需是一个连续的内存空间。
非连续支配：为用户进程支配的可以是一些分散的内存空间。
什么是分页存储：将内存空间分为一个个大小相等的分区(比方：每个分区4KB)，每个分区就是一个“页框”(页框=页帧=内存块=物理块=物理页面)。
每个页框有一个编号，即“页框号”(页框号=页帧号=内存块号=物理块号=物理页号)，页框号从0开始。
将进程的规律地址空间也分为与页框大小相等的一个个部分，每个部分称为一个“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。
操作系统以页框为单位为各个进程支配内存空间。
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，可以放到不相邻的各个页框中。
(注：进程的最终一个页面可能没有一个页框那么大。
也就是说，分页存储有可能产生内部碎片，因此页框不能太大，否则可能产生过大的内部碎片造成浪费)具有快表的地址变换机构：快表，又称联想寄存器(TLB，translation lookaside buffer )，是一种访问速度比内存快很多的高速缓存(TLB不是内存!)，用来存放最近访问的页表项的副本，可以加速地址变换的速度。
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实验7 linux/Windows内存管理1实验目的：掌握linux/Windows系统内存管理命令的使用。
2实验内容和实验步骤（实验情况请截图和说明）1、Linux内存管理：（1）使用free命令显示内存状态：●输入free：查看系统的物理内存和虚拟内存的使用情况，[m112026@tan ~]$ freetotal used free shared buffers cached Mem: 515500 488284 27216 0 2868 109660-/+ buffers/cache: 375756 139744Swap: 1048568 129220 919348[m112026@tan ~]$●输入free –b –s3 ：以每3秒钟并以字节为单位来显示内存使用情况。
[m112026@tan ~]$ free -b -s3total used free shared buffers cached Mem: 527872000 497954816 29917184 0 3137536 112312320-/+ buffers/cache: 382504960 145367040Swap: 1073733632 132321280 941412352total used free shared buffers cached Mem: 527872000 497954816 29917184 0 3149824 112312320-/+ buffers/cache: 382492672 145379328Swap: 1073733632 132321280 941412352total used free shared buffers cached Mem: 527872000 497954816 29917184 0 3158016 112312320-/+ buffers/cache: 382484480 145387520Swap: 1073733632 132321280 941412352（2）swapon交换●交换分区：Linux系统的内存管理必须使用交换区来建立虚拟内存。
●swapon –s:显示交换分区的使用状况。
swapon –s:显示交换分区的使用状况。
linux-9u5h:/home/shawn # swapon -sFilename Type Size Used Priority/dev/sda1 partition 1541116 4260 -1（3）用sync将内存缓冲区内的数据写入磁盘●说明：在Linux系统中，当数据需要存入磁盘时，通常会先放到缓冲区内，等到适当的时候再写入磁盘，如此可提高系统的执行效率。
●执行：sync –versionlinux-9u5h:/home/shawn # sync --versionsync (coreutils) 8.16Copyright (C) 2012 Free Software Foundation, Inc.License GPLv3+: GNU GPL version 3 or later </licenses/gpl.html>.This is free software: you are free to change and redistribute it.There is NO WARRANTY, to the extent permitted by law.Written by Jim Meyering.●连续执行多个sync.linux-9u5h:/home/shawn # synclinux-9u5h:/home/shawn # synclinux-9u5h:/home/shawn # synclinux-9u5h:/home/shawn # synclinux-9u5h:/home/shawn # vmstat（4）使用vmstat命令查看进程、内存和CPU的使用情况，并对当前的情况截图和说明。
[m112026@tan ~]$ vmstatprocs -----------memory---------- ---swap-- -----io---- --system-- -----cpu------r b swpd free buff cache si so bi bo in cs us sy id wa st0 0 65000 7348 9164 111408 0 1 13 14 314 51 1 0 98 0 0（5）分别增加（运行）若干进程和删除若干进程（用kill命令删除），再分别使用free和vmstat命令查看，观察并说明变化。
（6）按如下步骤完成实验：●使用键盘命令以字节为单位显示当前系统中的内存使用情况，特别是当前系统中的空闲内存大小；linux-9u5h:/home/shawn # freetotal used free shared buffers cachedMem: 1014756 850848 163908 0 44996 499088-/+ buffers/cache: 306764 707992Swap: 1541116 8112 1533004●编写一个程序向linux系统申请两块大小为10的内存，分别存放字符串“123456789”和“987654321”，并输出字符串及存放地址，然后重新调整内存大小为20，再次输出地址。
# include<stdio.h># include<string.h>#include<salloc.h>#include<stdlib.h>int main(){char *str1,*str2;if(str1=(char*)malloc(10)==NULL){printf("not enough memory to allocate bi\n");exit(1);}if(str2=(char*)malloc(10)==NULL){printf("not enough memory to allocate bi\n");exit(1);}strcpy(str1,"123456789");strcpy(str2,"987654321");printf("String1 i,%s\rAddress1 i%p\r",str1,str2);printf("String1 i,%s\rAddress1 i%p\r",str1,str2);if(str1=(char*)ralloc(str,20)==NULL){printf("not enough memory to allocate bi\n");exit(1);}if(str2=(char*)ralloc(str,20)==NULL){printf("not enough memory to allocate bi\n");exit(1);}printf("String1 i,%s\rAddress1 i%p\r",str1,str2);printf("String1 i,%s\rAddress1 i%p\r",str1,str2);●再次显示系统中的内存使用情况，看看前后系统中的空闲内存大小有无变化。
linux-9u5h:/home/shawn # freetotal used free shared buffers cachedMem: 1014756 880984 133772 0 47328 517988-/+ buffers/cache: 315668 699088Swap: 1541116 8112 15330042、Windows内存管理如果你的系统虚拟内存太低，可以鼠标右击“我的电脑”选择“属性→高级→性能下设置→高级→打开虚拟内存设置”，可以重新设置最大值和最小值，按物理内存的1.5~2倍来添加数值，也可以更改虚拟内存的存放位置，可以设置放到其他容量较大的硬盘分区，让系统虚拟内存有充分的空间，让系统运行更快。
虚拟内存太低有三种解决办法：（1）自定义的虚拟内容的容量（系统默认是自动）太小，可以重新划分大小。
（2）系统所在的盘（一般是C盘）空余的容量太小而运行的程序却很大，并且虚拟内存通常被默认创建在系统盘目录下，我们通常可以删除一些不用的程序，并把文档图片以及下载的资料等有用文件移动到其他盘中，并清理“回收站”，使系统盘保持1GB以上的空间，或者将虚拟内存定义到其他空余空间多的盘符下。
（3）系统盘空余的容量并不小，但因为经常安装、下载软件，并反复删除造成文件碎片太多，也是容易造成虚拟内存不足的原因之一，虚拟内存需要一片连续的空间，尽管磁盘空余容量大，但没有连续的空间，也无法建立虚拟内存区。
可以用磁盘工具整理碎片。
实验步骤：（1）在windows XP环境下按Ctrl+Alt+Del打开任务管理器问：你的系统的物理内存，核心内存和提交更改是多少？（2）调整虚拟内存的大小，使之为物理内存的1.5~2倍；（3）有哪些磁盘整理工具？利用磁盘整理工具整理磁盘碎片；（4）使系统盘保持1GB以上的空间，或者将虚拟内存定义到其他空余空间更多的盘符下，观察机器运行程序是否更快些？机器明显运行变快！3．实验报告要求包括：（1）实验过程和必要的注释。
（2）程序运行所得结果并作简要说明。
（3）将实验报告上传到FTP SERVER上自己的作业目录。