第19讲 第四章 内存管理(五)分析
内存管理总结知识点
内存管理总结知识点1. 内存管理的基本概念- 主要任务：内存管理的主要任务是为进程分配内存空间，并在进程执行完毕后将内存释放，以便其他进程使用。
- 虚拟内存：虚拟内存是一种利用辅助存储器（如硬盘）的技术，它使得计算机系统可以处理比物理内存更大的数据和程序。
虚拟内存通过分页机制来管理内存，并允许多个进程共享同一块物理内存。
- 内存保护：内存管理还要负责对内存进行保护，使得不同的进程不能访问彼此的内存空间，从而确保系统的安全性和稳定性。
2. 内存管理的组成部分- 内存分配：内存分配是指系统将可用的内存空间分配给进程使用。
常用的内存分配算法包括首次适应算法、最佳适应算法和最坏适应算法。
- 内存回收：内存回收是指系统将不再使用的内存空间释放出来，以供其他进程使用。
内存回收的方法包括垃圾回收、内存整理和内存压缩等。
- 内存映射：内存映射是一种将磁盘上的文件映射到进程的地址空间中的技术，它能够提高系统的效率和性能。
- 页面置换：页面置换是一种将物理内存中的页面替换出去，以便为新的页面让出空间的技术。
常用的页面置换算法包括先进先出（FIFO）算法、最近最少使用（LRU）算法和时钟（Clock）算法。
3. 内存管理的基本原则- 局部性原理：局部性原理是指程序在执行过程中会倾向于访问局部性较高的数据和指令，因此利用局部性原理可以提高内存访问的效率。
- 内存保护：内存保护是指系统要对内存进行保护，以防止进程越界访问或者非法访问，从而保证系统的安全性和稳定性。
- 内存利用率：内存利用率是指系统要尽可能地充分利用可用的内存资源，从而提高系统的性能和效率。
4. 内存管理的常用技术和算法- 分区分配：分区分配是一种将内存空间分成大小不等的分区，以便为进程分配内存的技术。
常用的分区分配算法包括首次适应算法、最佳适应算法和最坏适应算法。
- 分页机制：分页机制是一种将物理内存和虚拟内存分成大小相等的页面，以便为进程分配内存的技术。
操作系统内存管理
操作系统内存管理在计算机的世界里，操作系统就像是一个大管家，负责统筹和管理各种资源，让计算机能够高效、稳定地运行。
而内存管理，就是这个大管家手中的一项重要任务。
内存，简单来说，就是计算机用来暂时存储数据和程序的地方。
想象一下，我们在处理一个复杂的任务，比如编辑一个大型文档或者运行一个大型游戏，这期间会产生大量的数据和指令。
这些数据和指令需要有个地方存放，以便计算机能够快速地读取和处理，这个地方就是内存。
那么，为什么内存管理如此重要呢？首先，如果内存管理不当，可能会导致内存不足的情况。
就好像一个房间，如果东西随意堆放，很快就会没有空间容纳新的物品。
在计算机中，如果内存被无序地占用，当需要运行新的程序或者处理新的数据时，可能就没有足够的内存可用，从而导致程序运行缓慢甚至崩溃。
其次，良好的内存管理能够提高计算机的运行效率。
通过合理地分配和回收内存，计算机可以更快地找到所需的数据和指令，减少等待时间，从而让整个系统运行得更加流畅。
接下来，让我们深入了解一下操作系统内存管理的几种常见方式。
第一种是分区存储管理。
这就像是把一个大仓库划分成几个固定大小的区域，每个区域分配给不同的程序使用。
这种方式简单直观，但也存在一些缺点。
比如，如果一个分区分配给了一个程序，但这个程序没有完全使用完分配的空间，就会造成内存的浪费。
而且，如果一个程序需要的内存空间大于某个分区的大小，就无法分配成功。
第二种是页式存储管理。
它把内存划分成固定大小的页，就像把一本书分成一页一页的。
程序也被分成相同大小的页，在运行时，根据需要将程序的页调入内存。
这种方式有效地解决了分区存储管理中的内存碎片问题，但也带来了新的挑战，比如页面置换时可能会导致性能下降。
第三种是段式存储管理。
它按照程序的逻辑结构将其分成不同的段，比如代码段、数据段等。
每个段的长度可以不同，这更符合程序的实际结构。
但同样，也可能会出现段间的碎片问题。
为了结合页式和段式存储管理的优点，又出现了段页式存储管理。
内存管理的名词解释
内存管理的名词解释1.引言在计算机科学中，内存管理是一个重要且复杂的领域，它涉及到如何有效地分配、使用和释放计算机的内存资源。
本文将深入探讨内存管理的重要概念和术语，并解释它们的含义和作用。
2.虚拟内存虚拟内存是一种内存管理技术，它允许操作系统将物理内存和磁盘空间结合起来，以扩展计算机的可用内存。
通过虚拟内存，每个进程都可以拥有自己的虚拟内存空间，而不受物理内存大小的限制。
该技术通过将内存中的数据分割成固定大小的块，称为页面，以实现对内存的动态分配。
3.物理内存物理内存是计算机中实际存在的内存，它包括RAM（Random Access Memory，随机存取存储器）和ROM（Read-Only Memory，只读存储器）等。
操作系统通过内存管理器来分配和回收物理内存，以满足程序的需求。
物理内存的大小直接影响到计算机的性能，如果内存不足，系统可能会变得缓慢或不稳定。
4.分页分页是一种内存管理技术，它将进程的虚拟内存空间划分为固定大小的页面，并将这些页面映射到物理内存的页面帧上。
分页的好处是可以更高效地使用内存空间，同时也能够有效地隔离各个进程的内存，提高系统的安全性。
5.分段分段是一种内存管理技术，它将进程的虚拟内存空间划分为多个段，如代码段、数据段、堆段和栈段等。
每个段具有不同的大小和属性，它们被映射到物理内存的连续区域中。
分段的好处是可以为不同的程序段提供不同的访问权限和保护级别，提高系统的可靠性和安全性。
6.内存分配内存分配是指将可用的内存资源分配给进程或程序使用。
在操作系统中，内存管理器负责处理内存分配请求。
常见的内存分配算法包括首次适应算法、最佳适应算法和最坏适应算法等。
内存分配的目标是尽可能高效地利用内存资源，同时确保进程之间不会发生冲突或互相访问彼此的内存。
7.内存回收内存回收是指在进程完成后将其使用的内存资源释放回操作系统，以便其他进程可以使用。
内存管理器负责跟踪和记录已分配的内存块，并在进程结束时将其标记为可用状态。
内存管理概述
内存管理概述内存管理是计算机系统中的一个重要组成部分，负责有效地分配和管理计算机内存资源。
内存管理的目标是最大限度地提高计算机系统的性能和效率，确保程序能够顺利运行。
以下是内存管理的一般概述：1.内存的层次结构：计算机内存通常分为多个层次，包括寄存器、高速缓存、主存（RAM），以及辅助存储（硬盘、固态硬盘等）。
这些层次的内存具有不同的访问速度和容量。
2.虚拟内存：操作系统通常提供了虚拟内存的概念，允许程序访问比物理内存更大的地址空间。
这使得操作系统能够更灵活地管理内存，将不活跃的数据或代码保存到辅助存储中，从而腾出物理内存供其他程序使用。
3.地址空间：操作系统为每个运行的程序分配一个地址空间，包括代码段、数据段、堆和栈。
这样的划分使得程序在运行时能够访问和管理各种类型的数据。
4.内存分配和释放：内存管理负责在程序请求内存时分配空间，并在程序不再需要时释放空间。
常用的内存分配算法包括首次适应、最佳适应、最坏适应等。
5.内存保护：内存管理需要确保不同程序或进程之间的内存空间相互隔离，以防止彼此干扰。
这包括对于非法内存访问的保护，例如通过使用页面表进行地址转换和访问权限控制。
6.内存交换：当系统的物理内存不足时，操作系统可以通过内存交换将一些数据从内存移到辅助存储中，以便为正在运行的程序提供足够的空间。
7.内存管理单元（MMU）：MMU是计算机体系结构中的硬件组件，用于实现虚拟内存和物理内存之间的地址转换。
MMU通过页表或段表将程序中的虚拟地址映射到物理地址。
总体而言，内存管理是操作系统中的核心功能之一，对系统的性能和稳定性有着重要影响。
有效的内存管理能够提高系统的吞吐量，降低程序的崩溃风险，并确保系统对多任务和多用户的支持。
计算机操作系统内存管理了解内存管理的基本概念和分配算法
计算机操作系统内存管理了解内存管理的基本概念和分配算法计算机操作系统内存管理：了解内存管理的基本概念和分配算法计算机操作系统中的内存管理是保障系统正常运行的关键部分之一。
它负责管理计算机的内存资源，包括内存的分配、回收和保护等操作。
本文将介绍内存管理的基本概念和一些常用的内存分配算法。
一、内存管理的基本概念1. 内存内存指的是计算机中用来存放程序、数据以及操作系统本身运行所需的数据的物理设备。
在计算机中，内存被划分为不同的单元，每个单元都有一个唯一的地址。
2. 内存管理单元（MMU）内存管理单元是计算机中的一个硬件设备，负责将逻辑地址（程序中使用的地址）转换为物理地址（内存中的实际地址），实现对内存的访问。
3. 内存分区内存分区是指将内存划分为不同的区域，每个区域可以用来分配给不同的程序或进程使用。
常见的内存分区方式包括固定分区、可变分区和分页式分区等。
二、内存分配算法1. 固定分区分配算法固定分区分配算法将内存按照事先规定的大小划分为若干固定大小的分区，每个分区只能分配给一个程序或进程使用。
优点是分配简单，缺点是会浪费内存空间。
2. 可变分区分配算法可变分区分配算法根据程序的大小动态地分配内存空间。
当程序执行时，系统根据程序的大小选择一个合适的空闲区域进行分配。
常见的可变分区分配算法有最佳适应算法、首次适应算法和最差适应算法等。
3. 分页式分区分配算法分页式分区分配算法将内存和程序划分为固定大小的页，每个页的大小相同。
当程序执行时，系统将程序按照页的大小进行分割，并将分割后的页面分配给空闲的物理页框。
常见的分页式分区分配算法有等长页式分配算法和可变长页式分配算法。
4. 分段式分区分配算法分段式分区分配算法将程序按照功能或模块进行划分，并为每个功能或模块分配一个独立的内存段。
每个内存段的大小可以根据程序的需求进行动态调整。
常见的分段式分区分配算法有等长分段分配算法和可变长分段分配算法。
三、内存管理的实现实际的内存管理是由操作系统负责完成的。
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动态分区
分区时动态创建的，每个进程被装入与自身大小相等的分区中。分区的长度和数 目可变。
优势：没有内部碎片； 弱点：存在外部碎片，需要压缩，处理器利用率低； 压缩技术：操作系统不时地移动进程，使进程占用连续的空间。 外部碎片： 指在所有分区外的存储空间变成越来越多的碎片。 放置算法 内存压缩费时，因此操作系统需要巧妙的把进程分配到内存中，塞住那些 ‘洞’。 三种放置算法： （1）最佳适配（选择大小与要求最接近的块） （2）首次适配（从头扫描，选择放得下的块） （3）下次适配（从当前位置开始扫描放得下的块）
处理巨大虚拟内存空间 多级页表
当进程地址空间很大的时候，需要的页表也就越大。引入多级页表的原因是避免 把全部页表一直保存在内存中。 二级页表为例。虚拟地址被分成两个页号（TP1和PT2）和一个偏移量。PT1作为 索引访问顶级页表的表项，一个表项对应一个二级页表，PT2作为索引访问刚得到的 二级页表并得到页表项，从而得到页框号。
分段
分段把进程看成是由多个段组成的，段的大小不固定，并且是动态的。存储器访问 以段号和偏移量的形式组成的地址。（分段对用户是可见的，分页不可见） 分段的几个优点： （1）简化对不断增长的数据结构的处理；（可动态伸缩） （2）允许程序独立地修改或重新编译； （3）有助于进程间的共享；（一个段被多个进程引用） （4）有助于保护。（可以指定块得权限） 每个进程都一个段表，段表项主要包括段的起始地址、段长度、修改位、存在位、保 护和共享位等。
内存管理
陆 上 百 花 竞 芬 芳
碧 水 潭 泮 默 默 香
不 与 桃 李 争 春 风
七 月 流 火 送 清 凉
目录
内存管理技术 虚拟内存
内存管理技术
操作系统中的内存管理
操作系统中的内存管理一、引言在计算机系统中，内存是用于存储程序和数据的关键组件之一。
内存管理是操作系统的重要功能之一，负责管理和分配计算机的物理内存资源，以支持同时运行的多个进程或应用程序。
本文将介绍操作系统中的内存管理的相关概念和技术。
二、内存管理的基本概念1. 物理内存：计算机中实际存在的存储硬件，由一组连续的物理地址空间组成。
2. 逻辑内存：进程或应用程序认为自己拥有的连续地址空间，这种地址空间是由操作系统提供的虚拟地址空间，并不直接映射到物理内存。
3. 地址转换：逻辑内存地址到物理内存地址的转换过程，由操作系统的内存管理单元负责完成。
4. 内存分段：将逻辑内存划分为多个段，每个段代表不同的逻辑单元，如代码段、数据段和堆栈段。
5. 内存分页：将逻辑内存和物理内存分割成固定大小的页，以实现不连续内存的分配和管理。
三、内存管理的主要技术1. 内存分配内存分配是指为进程或应用程序分配逻辑内存的过程。
常见的内存分配方式包括：- 固定分区分配：将物理内存分为若干固定大小的分区，每个分区用于存储一个进程或应用程序。
这种方式效率低下，且不灵活。
- 动态分区分配：根据进程或应用程序的实际需要，动态分配逻辑内存，可以更好地利用内存空间。
2. 内存回收内存回收是指当进程或应用程序退出或释放内存时，将其占用的内存空间进行回收的过程。
常见的内存回收方式包括：- 最先适应算法：从头开始查找合适大小的空闲分区，找到第一个满足要求的分区进行分配。
- 最佳适应算法：从所有空闲分区中找到最小的满足要求的分区进行分配。
- 快速适应算法：通过维护一个空闲分区链表，将分区按大小递增的顺序排列，加快内存分配的速度。
3. 内存置换内存置换是指当物理内存不足时，操作系统根据一定的策略淘汰一些进程或页面，以腾出空闲内存。
常见的内存置换算法包括： - 先进先出（FIFO）算法：选择最早进入内存的进程或页面进行淘汰。
- 最近最少使用（LRU）算法：选择最长时间未被使用的进程或页面进行淘汰。
内存管理知识点
内存管理知识点一、知识概述《内存管理知识点》①基本定义：内存管理呢，简单说就是电脑或者其他设备怎么安排和使用它的内存。
内存就像一个大仓库，用来暂时存放数据和程序，内存管理就是决定哪些数据和程序放在仓库的哪个位置，什么时候能放进去，什么时候又可以把它们拿出来。
②重要程度：在计算机科学中那可太重要了。
要是没内存管理，计算机就乱套了，程序可能互相抢地盘，导致崩溃或者运行超级慢。
就像仓库没管理员，东西到处乱放，到要用的时候根本找不着。
③前置知识：得先知道什么是内存，大概了解计算机是怎么运行程序的。
比如说知道电脑得有硬盘存东西，然后硬盘里的数据和程序要运行就得放到内存里先。
④应用价值：在电脑、手机这些设备里都很有用。
像我们开好多软件，要是内存管理得好，就能流畅地切换软件，要是不好，就容易卡。
还有些大型游戏或者软件的开发，他们必须合理地进行内存管理，要不然软件很难稳定运行。
二、知识体系①知识图谱：内存管理在计算机学科里是系统底层很重要的一部分，它和操作系统、程序运行这些概念联系紧密。
就像一颗大树，内存管理算是树干的一部分，周围的树枝就是操作系统中的进程管理、文件管理这些，互相交错影响。
②关联知识：和处理器管理有关，处理器得从内存里拿数据进行处理。
还和存储设备管理有关，毕竟数据在存储设备和内存之间要互相传输。
像汽车生产链，内存管理就像是汽车组装环节中的一个部门，必须跟零件提供部门（存储设备管理）还有发动机安装部门（处理器管理）配合好。
③重难点分析：- 掌握难度：对于初学者有点难，因为它涉及到比较底层的计算机知识，看不见摸不着。
- 关键点：要理解内存的分配和释放，就像仓库管理要知道什么时候把空的货架给新货物（分配内存给新程序），还有什么时候把没用的货物清理了，货架空出来（释放内存）。
④考点分析：- 在考试中的重要性：在计算机相关专业的考试中很重要，无论是操作系统的考试还是软件开发相关的考试。
- 考查方式：可能会出选择题问内存管理的基本概念，也可能会出简答题让描述内存分配算法之类的，甚至编程题让用某种编程语言实现简单的内存管理功能。
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1、基本原理
页式虚存管理中，进程开始运行之前，不是装 入全部页面，而是只装入立即使用的那部分页 面，其余的页面在外存中。
在进程运行过程中，当需要访问的页面不在内 存中时，则将它们从外存调入内存，动态的装 入这些页面。
如果此时内存已满，则需要根据某种算法，淘 汰某个页面，以便装入需要的页面。
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地址转换
分页中的地址映射其实与通常的地址映射的 概念是一样的，即把程序地址转换成内存地 址，这个转换过程是在程序执行过程中完成 的，是动态地址映射。
在现代计算机系统中，由系统提供的地址映 射硬件来完成地址映射工作。
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基本任务
实现从逻辑地址到物理地址的转换。实际上 是把逻辑地址中的页号，转换为内存中的物 理块号。 地址变化任务是借助于页表来完成的。
河北科技师范学院大专课程
操作系统
第十九讲
主讲人：曾晓宁
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第4章 内存管理
4.1 内存管理功能 4.2 分区管理 4.3 页式管理 4.4 段式管理 4.5 段页式管理
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静态页式管理
思想： 要求程序全部装入内存后，才能开始运行。 在装入程序时，首先把程序划分成若干个大 小相等的页面，然后系统按块为单位，将程 序的每一页分散地装入到内存的物理块中； 一个程序有多少页，就给它分配多少物理块， 且这些物理块可以不连续。
页表作用：实现从页号到物理块号的地址映 射。记录了页面与内存物理块之间的对应关 系。
页表大多驻留在内存中，其长度和首地址存 放在该程序对应进程的PCB中。
包含页号和块号两项内容。
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静态页式管理的内存分配与回收
为了实现页式存储管理方式，系统设置 了位示图和空闲块链及内存分配表，记 录主存空间的使用情况和每个作业的分 配情况。
缺点： 存在页内碎片； 不易实现共享； 位示图和页表都有可能占用较大的存储空间。 要求有相应的硬件支持，从而增加了系统成 本，也增加了系统开销；
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4.3 .3 页式虚存管理
在静态页式管理的基础上，增加了请 求调页功能和页面置换功能来实现虚拟存 储器功能。
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地址转换过程：
当进程要访问某个逻辑地址中的数据时，由 系统自动将逻辑地址分为页号和页内地址两 部分；
将页号与页表寄存器中的页表长度进行比较， 如果页号大于等于页表长度，则表示本次所 访问的地址已超越作业的地址空间。这一错 误将被系统发现并产生“地址越界”中断。
若未出现越界错误，则将页表始址+页号×页 表项长度，便得到该表项在页表中的位置， 可以从中得到该页的物理块号；
找的页号，则立即停止
页表的查找。
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快表的特点：
它的地址转换是非常快的，因为它的访问速 度远高于内存，且它是将页号与快表中的各 行同时比较，大大减少了地址转换时间； 快表成本高，所以容量一般不太大，通常为 16~512个存储单元。
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5、页面共享和保护
共享 （1）数据共享 （2）程序共享 P154图
虚拟存储器的概念
没有必要把一个作业一次性全部装入内存再开 始运行。而是可以把程序当前执行所涉及的信 息放入内存中，其余部分可根据需要临时调入， 由操作系统和硬件相配合来完成主存和辅存之 间信息的动态调度。
这样的计算机系统好像为用户提供了一个存储 容量比实际主存大得多的存储器，就称为虚拟 存储器。
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解决方法
解决这个问题的一种方法是把最近访问过的 页表放在一组快速存储器中（Cache），从而 加快访问内存的速度。把这种快速存储器组 成的页表称为快表，用于存放最近访问过的 的页表项。 快表又叫联想存储器；
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访问过程：书P153图
当CPU按给定的逻辑地址进行读/写时，根据 逻辑地址的页号，首先查找快表：
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复习 开始 3
在分页系统中，允许将进程的每一页离散地 存储在内存的任一物理块中；
但系统应能保证进程的正确运行，即能在内 存中找到每个页面所对应的物理块；
为此，系统又为每个进程建立页表，进程执 行时，通过查找页表，即可找到每页在内存 中的物理块号。
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页表
页面系统为了能在内存中找到每个页面对应 的物理块而为进程建立一张页面映像表，简 称页表。
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将块号装入物理地址寄存器中。与此同时， 再将逻辑地址寄存器中的页内地址，直接送 入物理地址寄存器的块内地址字段中。经过 硬件机制，把物理地址寄存器中的块号和块 内地址，转换成物理地址。这样，便完成了 从逻辑地址到物理地址的变换 。
页式地址转换过程如图3-18所示 。
2020/10/18：①禁止做任何操作，②只 能执行，③只能读，④能读/写，当要访问某 页时，先判断该页的存取控制和存储保护信 息是否允许。
添加了存取控制信息的页表表目如下图所 示：
页号 标志位 块号
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7、 页式存储管理方案小结
优点： 进程不要求在内存中连续存放，解决了碎片 问题 ；
若在快表中找到其对应的块号，则与页内 地址拼接形成物理地址，然后按此物理地 址访问内存。
若在快表中没有找到该页页号，则再通过
查找内存中的页表形成物理地址，同时将 该页表项存入快表的查同一找时个快进存表行和的储查，单找一元页旦表在中是快； 此时，若快表已满，应表从中中找找到要一查个找不到要再查需要
的页表项换出。
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页表寄存器
越界中断 逻辑地址
页表始址 页表长度 ＞ 页号P 页内地址W
页号 块号
页号P 块号P’ 页表
物理地址
块号P’块内地址W
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复习 结束 11
4、快表和联想存储器
在前述的页地址变换过程中有一个严重的问 题，那就是每一次对内存的访问都要访问页 表，页表是放在内存中的； 这使CPU按逻辑地址访问内存数据时，必须访 问两次内存，第一次访问页表，得到页号对 应的块号，第二次根据块号与页内地址形成 的物理地址再存取数据。 增加了将近一倍的访问时间。