前言
本文介绍了操作系统中的内存管理，文章中的内容来自B站王道考研操作系统课程，想要完整学习的可以到B站官方看完整版。
3.1.1：内存基本知识（指令工作原理、编译、链接、逻辑地址到物理地址的转换）
内存可存放数据，程序在执行前需要先放到内存中才能被CPU处理—缓和CPU与硬盘之间的速度矛盾。
三种装入方式（确定物理地址）
1、绝对装入：灵活性低，只适用于单道程序环境
2、静态重定位（可重入定位装入）
3、动态重定位
从写程序到程序运行
编译：由编译程序将用户源代码编译成若干个目标模块（编译就是把高级语言翻译成机器语言）
链接：由链接程序将编译后形成的一组目标模块，以及所需要的库函数链接在一起，形成一个完整的装入模块
装入：由装入程序将装入模块装入内存中运行
三种链接方式（确定逻辑地址）
1、静态链接：在程序运行之前，先将各目标模块及他们所需的库函数链接成一个完成的可执行文件，之后不再拆开。
2、装入时动态链接：将目标模块装入内存时，边装入边链接的链接方式
3、运行时动态链接：在程序执行中需要该目标模块时，才对他进行链接。其优点是便于修改和更新，便于实现对目标模块的共享。
Linux中进程占用内存空间
3.1.2：内存管理（空间的分配和回收、内存空间的扩展、逻辑地址与物理地址的转换、内存保护）
空间分配、回收：
虚拟技术，内存空间扩展：
地址转换：
内存保护：
1、设置上下限寄存器
2、重定位寄存器和界限寄存器
Linux中gcc编译过程和库制作
-E 预处理（宏定义、文件包含、条件编译）
宏定义替换、文件包含展开、条件编译
#if #ifndef #ifddef
-S转换成汇编文件
-c 将汇编文件转换成可重定位文件(.o)
ELF格式（Executable Linkable Format，可执行可链接格式）
-o 链接静态库、动态库得到可执行文件
当头文件和源文件不在同一目录下的时候可以使用-I来指定头文件路径
动态库和静态库的制作
生成静态库ar -crv libxx.a x1.o x2.o
使用静态库
制作动态库 gcc -fPIC -shared -o libxx.so xx.c
执行./hello报错是因为在动态链接的时候，在系统的路径下找不到对应的库。将刚刚编译生成的库复制一份到/lib/x86_64-linux-gnu/下
用ldd可以看到可执行文件链接了哪些库
静态库(.a)和动态库(.so)的区别
可执行目标文件：可以直接运行的二进制文件。
可重定位目标文件：包含了二进制的代码和数据，可以与其他可重定位目标文件合并，并创建一个可执行目标文件。
可重定位目标文件以一种特定的方式打包成一个单独的文件，并且在链接生成可执行文件时，从这个单独的文件中“拷贝”它自己需要的内容到最终的可执行文件中。这个单独的文件，称为静态库
动态库和静态库类似，但是它并不在链接时将需要的二进制代码都“拷贝”到可执行文件中，而是仅仅“拷贝”一些重定位和位置信息，这些信息可以在程序运行时完成真正的链接过程
1. 静态库是在编译时链接到程序中的，而动态库是在运行时链接到程序中的。
2. 静态库的代码被完全复制到可执行文件中，因此可执行文件的大小会增加，而动态库的代码只有一个副本，被多个程序共享，因此可执行文件的大小不会增加。
3. 静态库的使用需要在编译时指定库文件，而动态库的使用需要在运行时加载库文件。
4. 静态库的更新需要重新编译整个程序，而动态库的更新只需要替换库文件即可。
5. 静态库的链接速度比动态库快，但是动态库的运行速度比静态库快。
6. 静态库的安全性比动态库高，因为静态库的代码被完全复制到可执行文件中，不会被其他程序修改，而动态库的代码被多个程序共享，可能会被其他程序修改。
3.1.3：覆盖与交换
1、覆盖技术：
内存中会分一个“固定区”和若干个“覆盖区”
固定区：需要常驻内存的段，调入之后就不再调出
覆盖区：需要时调入内存，用不到时调出内存
2：交换技术
磁盘空间主要分为文件区和对换区（PCB会常驻内存，不会被换出内存）
ubuntu中的swap交换分区和shm的区别
1、Swap交换分区是一种虚拟内存技术，用于在物理内存不足时将部分内存数据转移到硬盘上，以释放物理内存。而shm是一种共享内存技术，用于在不同进程之间共享内存数据。
2、Swap交换分区通常位于硬盘上，而shm通常位于内存中。
3.1.4：连续分配管理方式（固定分区、动态分区）
连续分配：指为用户进程分配的必须是一个连续的内存空间
动态分区分配：这种分配方式不会预先划分内存分区，而是在进程装入内存时，根据进程的大小动态地建立分区，并使分区的大小正好适合进程的需要。
内部碎片：分配给某进程的内存区域中有些部分没有用上
外部碎片：是指内存中的某些空闲分区由于太小而难以利用
3.1.5：动态分区分配算法（连续分配的基础上）
1：首次适应算法
2：最佳适应算法（优先使用小的空闲区间）
3：最坏适应算法（和最佳适应算法是相对的）
4：邻近适应算法
四种算法总结
3.1.6：基本分页存储（非连续分配管理方式）
页框：内存划分
页、页面：进程逻辑地址划分
页表：记录进程中每个页面在内存中存放的位置，页表通常存在PCB中
页表项：由页号、块号组成
3.1.7：基本地址变换机构（页表寄存器、逻辑地址到物理地址的转换）
3.1.8：具有快表的地址变换过程
快表（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），用来存放访问的页表项的副本，可以加速地址的变换过程。
有快表的平均耗时
时间局部性和空间局部性
3.1.9：单级页表问题和两级页表
页目录表+二级页表
有二级页表的地址转换例题
各级页表的大小不能超过一个页面
3.1.10：基本分段存储管理方式
“分段”与“分页”最大的区别就是—离散分配时所分配地址空间的基本单位不同
内存分配规则：以段为单位进行分配，每个段在内存中占据连续空间，但各段之间可以不相邻。由于是按逻辑功能模块划分，用户编程更方便，程序的可读性更高。
分段系统逻辑地址：段号（段名）+段内地址（段内偏移量）所组成
逻辑地址到物理地址的转换流程
分段、分页两种管理对比
1：页是信息的物理单位。分页的主要目的是为了实现离散分配，提高内存利用率。分页仅仅是系统管理上的需要，完全是系统行为，对用户是不可见的。
2：段是信息的逻辑单位。分段的主要目的是更好地满足用户需求。一个段通常包含着一组属于一个逻辑模块的信息。分段对用户是可见的，用户编程时需要显示的给出段名。
3：页的大小是固定的且由系统决定，段的长度却不固定，决定于用户编写的程序
4：分段比分页更容易实现资源共享和保护
3.1.11：段页式管理方式
分页、分段的优缺点
段页式逻辑地址结构
段页式中段表、页表结构
3.2.1：虚拟内存的基本概念（内存空间扩充的一部分）
内存管理总览
传统存储管理方式的缺点
1：作业很大时，不能全部装入内存，导致大作业无法运行
2：当大量作业要求运行时，由于内存无法容纳所有作业，因此只有少量作业能运行，导致多道程序并发度下降
3：一个作业一旦被装入内存，就会一直驻留在内存中，直至作业运行结束。事实上，在一个时间段内，只需要访问作业的一小部分数据即可正常运行，这就导致内存中会驻留大量的、暂时用不到的数据，浪费了内存资源。
虚拟内存的三个主要特征
1多次性：无需在作业运行时一次性全部装入内存，而是允许被分成多次调入内存
2对换性：在作业运行时无需一直常驻内存，而是允许在作业运行过程中，将作业换入、换出。
3虚拟性：从逻辑上扩充了内存的容量，使用户看到的内存容量远大于实际的容量。
实现虚拟内存技术（请求调页、页面置换）
请求调页：访问的信息不在内存时，由操作系统负责将所需信息从外存调入内存
页面置换：内存空间不够时，将内存中暂时用不到的信息换出到外存
3.2.2：页面置换算法
若内存空间不够，由操作系统负责将内存中暂时用不到的信息换出到外存。 （页面置换算法）
1：最佳置换算法（无法实现）
2：先进先出置换算法（算法性能差）
3：最近最久未使用置换算法（开销大、需硬件支持）
4：时钟置换算法（最近未用算法）
3.2.4：页面分配策略
驻留集：指请求分页存储管理中给进程分配的物理块的集合，在采用了虚拟存储技术的系统中，驻留集大小一般小于进程总大小。
若驻留集太小，会导致缺页频繁，系统要花大量的时间来处理缺页，实际用于进程推进的时间很少；驻留集太大，又会导致多道程序并发度下降，资源利用率降低。所以应该选择一个合适的驻留集大小。
3.2.5：内存映射文件
传统文件访问方式：
内存映射文件访问方式：
文件共享
