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作業系統——第四章筆記(二)

連續分配儲存管理方式
為一個使用者程式分配一個連續的記憶體空間
1.單一連續分配
 記憶體分為系統區和使用者區兩部分:
系統區:僅提供給OS使用,通常放在記憶體低址部分
使用者區:除系統區以外的全部記憶體空間,提供給使用者使用。
 這最簡單的一種儲存管理方式,只能用於單使用者、單任務的作業系統中。
優點:易於管理。
缺點:對要求記憶體空間少的程式,造成記憶體浪費;程式全部裝入,很少使用的程式部分也佔用記憶體。
2.固定分割槽分配
把記憶體分為一些大小相等或不等的分割槽(partition),每個應用程序佔用一個分割槽。作業系統佔用其中一個分割槽。
 提高:支援多個程式併發執行,適用於多道程式系統和分時系統。最早的多道程式儲存管理方式。
劃分為幾個分割槽,便只允許幾道作業併發
2.2具體實現:
2.2.1如何劃分分割槽大小
 分割槽大小相等:只適合於多個相同程式的併發執行(處理多個型別相同的物件)。缺乏靈活性。
 分割槽大小不等:多個小分割槽、適量的中等分割槽、少量的大分割槽。根據程式的大小,分配當前空閒的、適當大小的分割槽。
2.2.2需要的資料結構
 建立一記錄相關資訊的分割槽表(或分割槽連結串列)表項有:|起始位置|大小|狀態|
分割槽表中,表項值隨著記憶體的分配和釋放而動態改變 。
2.2.3分配回收操作
程式分配記憶體的過程:
 也可將分割槽表分為兩個表格:空閒分割槽表/佔用分割槽表。從而減小每個表格長度。
 檢索演算法:空閒分割槽表可能按不同分配演算法採用不同方式對錶項排序(將分割槽按大小排隊或按分割槽地址高低排序)。
 過程:檢索空閒分割槽表;找出一個滿足要求且尚未分配的分割槽,分配給請求程式;若未找到大小足夠的分割槽,則拒絕為該使用者程式分配記憶體。
 固定分配的不足:
內碎片(一個分割槽內的剩餘空間)造成浪費
分割槽總數固定,限制併發執行的程式數目。
3.動態分割槽分配
 分割槽的大小不固定:在裝入程式時根據程序實際需要,動態分配記憶體空間,即——需要多少劃分多少。
 空閒分割槽表項:從1項到n項:
記憶體會從初始的一個大分割槽不斷被劃分、回收從而形成記憶體中的多個分割槽。
 優點:併發程序數沒有固定數的限制,不產生內碎片。
 缺點:有外碎片(分割槽間無法利用的空間)
3.1動態分割槽分配的具體實現
3.1.1分割槽分配中的資料結構
 空閒分割槽表:
記錄每個空閒分割槽的情況。
每個空閒分割槽對應一個表目,包括分割槽序號、分割槽始址及分割槽的大小等資料項。
 空閒分割槽鏈:
每個分割槽的起始部分,設定用於控制分割槽分配的資訊,及用於連結各分割槽的前向指標;分割槽尾部則設定一後向指標,在分割槽末尾重複設定狀態位和分割槽大小表目方便檢索。
3.2分割槽分配演算法
動態分割槽方式,分割槽多、大小差異各不相同,此時把一個新作業裝入記憶體,更需選擇一個合適的分配演算法,從空閒分割槽表/鏈中選出一合適分割槽
 首次適應演算法FF
1)空閒分割槽排序:以地址遞增的次序連結。
2)檢索:分配記憶體時,從鏈首開始順序查詢直至找到一個大小能滿足要求的空閒分割槽;
3)分配:從該分割槽中劃出一塊作業要求大小的記憶體空間分配給請求者,餘下的空閒分割槽大小改變仍留在空閒鏈中。(若從頭到尾檢索不到滿足要求的分割槽則分配失敗)
4)優點:優先利用記憶體低址部分,保留了高地址部分的大空閒區;
5)缺點:但低址部分不斷劃分,會產生較多小碎片;而且每次查詢從低址部分開始,會逐漸增加查詢開銷。
 迴圈首次適應演算法
1)空閒分割槽排序:按地址
2)檢索:從上次找到的空閒分割槽的下一個空閒分割槽開始查詢,直到找到一個能滿足要求的空閒分割槽。為實現演算法,需要:
 設定一個起始查尋指標
 採用迴圈查詢方式
3)分配:分出需要的大小
4)優點:空閒分割槽分佈均勻,減少查詢開銷
5)缺點:缺乏大的空閒分割槽
 最佳適應演算法
總是把能滿足要求、又是最小的空閒分割槽分配給作業,避免“大材小用”。
1)空閒分割槽排序:所有空閒分割槽按容量從小到大排序成空閒分割槽表或鏈。
2)檢索:從表或鏈的頭開始,找到的第一個滿足的就分配
3)分配:分出需要的大小
4)缺點:每次找到最合適大小的分割槽割下的空閒區也總是最小,會產生許多難以利用的小空閒區(外碎片)
 最差適應演算法
基本不留下小空閒分割槽,但會出現缺乏較大的空閒分割槽的情況。
 快速適應演算法
1)根據程序常用空間大小進行劃分,相同大小的串成一個鏈,需管理多個各種不同大小的分割槽的連結串列。程序需要時,從最接近大小需求的鏈中摘一個分割槽。類似的:夥伴演算法
2)特點:能快速找到合適分割槽,但連結串列資訊會很多;實際上是空間換時間。
3.3分割槽分配操作
 分配記憶體
找到滿足需要的合適分割槽,劃出程序需要的空間:
if s<=size,將整個分割槽分配給請求者
if s> size,按請求的大小劃出一塊記憶體空間分配出去,餘下部分留在空閒鏈中,將分配區首址返回給呼叫者。
 回收記憶體
程序執行完畢釋放記憶體時,系統根據回收區首址a,在空閒分割槽鏈(表)中找到相應插入點,根據情況修改空閒分割槽資訊,可能會進行空閒分割槽的合併。
1)回收區(首址a)與一個分割槽f1末尾(首址b+大小)鄰接:將回收區與f1合併,修改f1的表項的分割槽大小
2)回收區(首址a+大小)與一個分割槽f2的首址b鄰接:將回收區與f2合併,修改f2的表項的首址、分割槽大小
3)若(1)(2)兩種情況都有,則將回收區與前後兩個分割槽F1、F2鄰接:將三個分割槽合併,使用F1的表項和F1的首址,取消F2的表項,大小為三者之和
4)回收區沒有鄰接的分割槽:為回收區單獨建立新表項,填寫回收區的首址與大小,根據其首址插到空閒鏈中的適當位置
 動態連續分配方式解決“外碎片”問題
解決思路:移動分割槽位置,將小碎片整合為一個足夠大小可被使用的分割槽。即緊湊思想 。
分配及回收(個人理解)
 分配記憶體時,要將分配出去的記憶體記在PCB中,未分配的被系統繼續管理,當分配出去的記憶體被使用完之後將立刻被回收,被原來管理該記憶體的系統繼續管理。
 回收時要先看首地址是否和已存在的未分配記憶體塊號是連著的,如果是連著的,就加在一起,如果沒有就直接回收,最後記錄地址。
 想要利用外碎片可以給每一個外碎片加一個基地址,把這些散的外碎片整理到一起。
4. 動態重定位分割槽分配——有緊湊功能的動態分割槽分配
使用者程式在記憶體中移動,將空閒空間緊湊起來提高空間利用率。但必然需要地址變化,增加“重定位”工作。
 地址變換過程是在程式執行過程期間(相對地址與重定位暫存器中的地址相加),隨著對每條指令的訪問自動進行,稱為動態重定位。
 動態重定位分割槽分配演算法與動態分割槽分配演算法基本相同,差別在於增加了緊湊的功能。
4.1夥伴系統
分割槽大小有規定,且分割槽動態變化
 無論已分配還是空閒分割槽,大小都為2的k此冪。若整個可分配空間大小為2m,則1≤k≤m.
 隨著系統執行,記憶體被不斷劃分,形成若干不連續的空閒分割槽。對每一類具有相同大小的空閒分割槽設定一雙向連結串列,即會有k個連結串列,連結串列中的分割槽大小都是2m。
 程序申請n個大小的空間時,計算n= 2i。則找i對應的連結串列。若i大小的連結串列沒有,則找i+1的連結串列。找到的分割槽對半劃分後,一半用於分配,一半連結到較小一級的連結串列裡去。
 一次分配和回收都可能對應多次的劃分和合並。
4.2雜湊演算法:類比資料結構中的拉鍊法。
5.記憶體空間管理之對換
5.1當記憶體空間還是滿足不了需求時,引入“對換”思想:
把記憶體中暫時不能執行、或暫時不用的程式和資料調到外存上,以騰出足夠的記憶體;把已具備執行條件的程序和程序所需要的程式和資料,調入記憶體。
5.2按對換單位分類:
 整體對換(或程序對換):以整個程序為單位(連續分配)
 頁面對換或分段對換:以頁或段為單位(離散分配)
5.3實現程序對換,系統必須具備的功能:
 對換空間的管理
在這裡插入圖片描述


在系統中設定相應的資料結構以記錄對換區的使用情況。
對換空間的分配與回收是連續方式,與動態分割槽方式時的記憶體分配與回收雷同。
 程序的換出、換入操作