基于本人观看学习 哈工大李治军老师主讲的操作系统课程 所做的笔记，仅进行交流分享。

特此鸣谢李治军老师，操作系统的神作！

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第三章 内存管理

更多操作系统笔记：【哈工大李治军老师】操作系统

课程链接：

b站： 【哈工大】操作系统 李治军（全32讲）

大学MOOC：大学慕课—操作系统—主讲：哈工大李治军

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一、内存使用与分段

程序进入内存，main函数的40地址必须放在物理内存地址

call40要求main放在真实的物理地址：40，程序从0地址开始，让PC等于0开始取指执行

如果另一个程序要运行，也从0地址开始，就会和上面的程序冲突

因此程序应该放在内存中空闲的单元

此时40（逻辑地址）需要修改到1040（物理地址）处，否则内存无法使用

1.重定位

重定位：修改程序中的地址（相对地址）

什么时候进行重定位？

编译时

编译时内存重定位是程序代码在编译为目标代码的过程中，跳转地址被绑定到一个固定的地址上。因此，生成的目标文件可以直接载入内存中执行，不需要进行额外的重定位。

编译时内存重定位适合静态编译的程序 编译时重定位的程序只能放在内存固定位置

载入时

载入时内存重定位是程序在载入内存后，操作系统会将程序的可执行代码、全局变量、动态链接库等资源加载到内存中，并进行地址的映射和调整。在编译期间无需考虑代码的实际内存布局，程序非常灵活

载入时内存重定位适合动态链接的程序，载入时重定位的程序一旦载入内存就不能动了

进程交换

当物理内存不足以满足当前所有正在运行的进程的需求时，操作系统就会将一些运行态进程暂停并将其内存交换到磁盘上，释放出一部分空间来容纳新的进程

重定位最合适的时机：运行时重定位

无论程序放在哪里，在程序运行时，都可以根据逻辑地址40通过地址翻译算出物理地址。

base放在PCB中，执行指令时第一步先从PCB中取出这个基地址

真实物理地址=基地址（起始地址）+偏移（逻辑地址）

进程切换时根据PCB切换一起切换这个基地址

2.分段

程序由代码段组成：

符合用户观点：用户可独立考虑每个段 (分治)

怎么定位具体指令(数据)： <段号，段内偏移> 如mov [es:bx]，ax

程序的各段分别放入内存：

现在的PCB需要放每个段的基址

GDT是操作系统的段表 每个进程有自己的LDT表

二、内存分区与分页

程序分段->找空闲分区->通过映射表读写

1.内存如何分区？

固定分区 与 可变分区

又一个段提出内存请求：reqSize=40K，怎么办?

目前的空闲分区：

首先适配：选择第一个大小足够的空闲区域进行分配 (350,150)

首先适配简单快速，但会留下许多无法使用的小碎片

最佳适配：选择尺寸最小、且足够容纳当前申请内存的空闲区域进行分配 (200,50)

最佳适配可以避免产生过多的碎片，但需要搜索所有空闲区域，效率相对较低

最差适配：选择尺寸最大、且足够容纳当前申请内存的空闲区域进行分配 (350,150)

差适配可以减少碎片的数量，但占用大内存空间，浪费大量空间

2.分页

内存分区会产生内存碎片 导致有内存使用不了

将空闲分区合并，需要移动1个段(复制内容)：内存紧缩 花费时间长

从连续到离散…

不用进行内存紧缩，内存浪费少

页表重定位：

将所有指向旧物理地址的虚拟页面地址替换为对应的新物理页面地址，这样虚拟地址就能够正确映射到新的物理页面上

三、多级页表与快表

分页如果过大会造成浪费，为了提高内存空间利用率，页应该小

但是页小了页表就大了

大部分逻辑地址用不到，我们可以将他从页表中删除，只存放用到的页

但是这种方法，会导致页表中的页号不连续

执行指令进入页表查找，额外访问内存，速度会慢

因此页表一定要连续（通过偏移直接查找），大页表占用内存，造成浪费

如何做到既连续，又要让页表占用内存少？

1.多级页表

用书的章目录和节目录来类比思考：先找章、再找节

多级页表，即页目录表（章）+页表 （节）

2^10个目录项 * 4字节地址 =4K，总共需要16K远远小于4M

多级页表提高了空间效率，但在时间上又出现问题：每增加一级就要多访问一次内存

类比看书的书签，最近看到了哪里，使用快表来弥补：

将最近访问的物理页放在快表中。

快表和多级页表组合在一起的结构保证了多级页表的连续，查找起来也比较快

关键：增大快表 提高命中率

TLB有效的原因： 程序的地址访问具有局部性：

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更新中…后面的下次再写…(●’◡’●)