三、第三章——内存管理

1、内存的基础知识

（1.1）程序装入（三种）——绝对装入

（1.2）程序装入（三种）——可重定位装入

（1.3）程序装入（三种）——动态重定位

（2）程序——exe的由来

（3）程序——链接方法

（4）总结

2、内存管理的概念

（1）内存空间的分配和回收

（2）内存空间的拓展（比如：虚拟内存等）

（3）地址转换（逻辑地址-物理地址）

（4）内存保护

3、内存——覆盖与交换

（1）覆盖技术（已经out了）

（2）交换技术

（3）交换技术——对应的问题

（4）总结（考选择题）

4、连续分配管理方式

（1）单一连续分配

（2）固定分区分配

（3）动态分区分配

（4）总结

5、动态分区分配——算法（详细讲解）

（1）首次适应算法（第一次）

（2）最佳适应算法（从小到大）

（3）最坏适应算法（从大到小）

（4）临近适应算法（从大到小）

（5）总结（优缺点）

6、基本分页存储——概念

（1）页框——物理块——内存块——物理页面

（2）逻辑地址-结构【页号+页内偏移量】

（3）总结——概念

（4）重点——地址变换过程（五步）

（5）重点——例题

（6）重点——页表（如何存储在内存中）

（7）总结——地址变换

7、快表（TLB）

（1）查询过程——1（先快表，再慢表，最后内存）

（2）查询过程——2（同时查找-快表-慢表）

（3）局部性原理

（4）总结（TLB和高速缓存有区别！！！）

8、两级页表（开始套娃啦）

（1）从一级—二级—偏移量（转到物理地址）

（2）单级页表

（3）细节重点

（4）总结

9、段页式管理方式

（1）段表

（2）查询段表——顺序

（3）分段 & 分页【对比】

（4）总结

10、虚拟内存

（1）传统存储管理方式——特征、缺点

（2）虚拟内存——定义、特征

（3）如何实现——虚拟内存

（4）总结

11、请求页面——管理方式

（1）缺页中断（内中断）

（2）地址变换

（3）总结

12、页面置换算法

（1）最佳置换算法（无法实现）

（2）先进先出算法（绝对公平——Belady异常）

（3）最近最久未使用置换算法（LRU）

（4）时钟页面置换算法（CLOCK & NRU）

（5）时钟页面置换算法——改进型

（6）总结（要会手推——页面替换）

12、页面分配策略、抖动、工作集

（1）工作集模型（清华教程）

（2）驻留集——分配策略【王道】

（3）何时调入页面（亡羊补牢 or 未雨绸缪）

（4）在哪里调入？（经典加一层）

（5）抖动现象

（6）工作集（拓展-考试貌似不考~）

（7）总结

13、内存映射文件

（1）方便程序员——访问文件数据

（2）共享数据——同时访问一个文件

（3）总结（关于磁盘的IO，操作系统是专业滴！）

三、第三章——内存管理

1、内存的基础知识

相关知识点

逻辑地址——相对地址

物理地址——绝对地址

（1.1）程序装入（三种）——绝对装入

灵活性差，已经被淘汰了~

（1.2）程序装入（三种）——可重定位装入

在装入时——会转换好地址~（写死了物理地址，不能移动咯！）

（1.3）程序装入（三种）——动态重定位

现在使用方法——可以动态修改，灵活移动，动态申请空间…

（2）程序——exe的由来

1.    编写源代码：首先，您需要使用文本编辑器编写C语言源代码文件，通常以.c为扩展名。

2.    编译源代码：接下来，您需要使用C编译器将源代码编译为机器可以执行的目标代码。这个过程称为编译。编译器会对源代码进行词法分析、语法分析和语义分析，并生成相应的目标代码文件（通常以.obj为扩展名）。

3. 链接目标代码：在生成目标代码后，您需要使用链接器将目标代码与所需的库文件进行链接，以创建最终的可执行文件。链接器会解决函数和变量引用之间的依赖关系，并将目标代码转换为可执行文件的格式。最终生成的可执行文件通常以.exe（对于Windows系统）或无扩展名（对于Linux系统）为扩展名。

4.    运行可执行文件：一旦可执行文件生成成功，您可以直接执行它。

（3）程序——链接方法

（4）总结

2、内存管理的概念

（1）内存空间的分配和回收

如何分配？如何回收？还有哪些空闲？这么多位置，应该分配哪一块？

（2）内存空间的拓展（比如：虚拟内存等）

内存不够用，如何临时拓展？

（3）地址转换（逻辑地址-物理地址）

地址转换功能

（4）内存保护

如何让各进程之间，拥有自己的地皮，互不影响！

3、内存——覆盖与交换

（1）覆盖技术（已经out了）

程序员来完成——编程麻烦（out）

（2）交换技术

把暂时不需要的进程——拿到外存

（3）交换技术——对应的问题

（4）总结（考选择题）

4、连续分配管理方式

（1）单一连续分配

无外部碎片——但：有内部碎片【内存利用率低】

（2）固定分区分配

把用户空间——划分多个分区~

无外部碎片——但又内部碎片，内存利用率低

（3）动态分区分配

没有内部碎片，但有外部碎片！

（不过可以通过【拼凑】等方式，来解决【外部碎片】）

（4）总结

5、动态分区分配——算法（详细讲解）

（1）首次适应算法（第一次）

从头到尾，按顺序扫描！

找到第一个满足的空间，就放进去~

（2）最佳适应算法（从小到大）

这个是强迫症！——必须安排连续的空间（产生难以利用的小碎片）

额外创建一个——空闲分区链表——用来记录空闲空间的大小（从小到大排序！）

每次安排完后，都需要【维护该表】（数据更新，重新排序）

（3）最坏适应算法（从大到小）

和最佳相反——空间排序【从大到小】

缺点——如果来个了“大进程”——可能没有足够大的连续空间给他！

（4）临近适应算法（从大到小）

从小到大的【循环链表】

开销小【空间换时间】——但是——大分区容易被用完~

（5）总结（优缺点）

6、基本分页存储——概念

（1）页框——物理块——内存块——物理页面

Page Frame —— 页框（标准点）

物理块号——页帧号——内存块号

页表——存储【逻辑地址】与【物理地址】的映射关系

如何计算——页表的大小（根据内存大小推算）【具体步骤——看左下角】

页号不占空间！！！——数组索引【这个页表——类似于一维数组~】

为了计算机计算——页面大小用2的【整数幂】

在计算机网络那里类似，计算也是这样，要方便得多~

（2）逻辑地址-结构【页号+页内偏移量】

（3）总结——概念

（4）重点——地址变换过程（五步）

文字说明版本——五步骤

（5）重点——例题

如何将【逻辑地址】——转为【物理地址】

（6）重点——页表（如何存储在内存中）

计算机组成原理——也有讲哟~~~

页表——存放在内存当中——也称为（慢表）

计算页表项——占多少位（最好是2的次方！）实际应用中——方便计算！

（7）总结——地址变换

7、快表（TLB）

查询快表——不需要访存（快表是高速缓存）

（1）查询过程——1（先快表，再慢表，最后内存）

（2）查询过程——2（同时查找-快表-慢表）

（3）局部性原理

（4）总结（TLB和高速缓存有区别！！！）

普通的Cache会存放各种数据

但是——TLB——只存放页表项的副本！！！

8、两级页表（开始套娃啦）

记住——加一层的解决方式——可以多次套娃！！！（可以不止两层哟~）

（1）从一级—二级—偏移量（转到物理地址）

（2）单级页表

（3）细节重点

条件：40位逻辑地址——知道物理块的大小（4KB）——页表的每一项的大小（4B）

①地址偏移量需要多少位？

总共40位，一个物理块有4KB，（2^12位）——采用2进制表示偏移量：需12位

②还是剩下多少位——用来表示各级页表？40-12 = 28

③怎么分各级页表？随便分？（题目限制：各级页表的大小不能超过一个内存块！）

④那么请问一个物理块可以容纳多少页表项？——2^12 / 4 = 2^10

每一级页表的大小不能超过物理块的大小！——那么只能按照内存块最大位数来分咯~

28 分为 10 – 10 – 8 （3级，一级：2^10，二级：2^10，三级：2^8）

当然，可以再分多级也可以啦~（只不过会有更多碎片！）

比如： 28分为 ——7,7,7,7（4级，每级2^7这么大）

详细结题——如下图：

（4）总结

9、段页式管理方式

（1）段表

段号——也可以隐含【类似数组的索引，是隐含的~】

（2）查询段表——顺序

分段中——每个长度不一样！！！

一定要越界检查！！！（段号是否越界？段内地址是否合法？）

（3）分段 & 分页【对比】

分页——用户不可见——提高利用率——地址空间【一维——映射的物理地址】

分段——用户可见——满足用户需求——地址空间【二维——段名+段内地址】

分页——长度固定——更容易共享&保护

分段——长度不固定——

（4）总结

段表和页表——都存储在内存中——可以成为慢表

他们都可以再往上封装一层——即为：【快表】——加快CPU的查询效率！！！

（注意：这些术语只是方便我们理解，是前人们的智慧结晶~不要被这些术语锁死！）

快表为什么叫快表？因为他快！他在Cache里面，造价高…等等原因！

10、虚拟内存

（1）传统存储管理方式——特征、缺点

一次性——全部放入内存（太大了，可不行！）

驻留性——暂时用不上的（留着内存中，消耗了资源）

（2）虚拟内存——定义、特征

多次性、对换性、虚拟性

（3）如何实现——虚拟内存

【内存的页面】的【换入换出】（怎么实现）？

（4）总结

虚拟内存——是高速缓存技术的拓展！

既然你内存查询，都分了多个级别（Cache里面有三级）（内存里面就再分个级别吧~）

注意：计算机组成原理——在Cache章节，说明Cache的换入和换出！

为什么计算机组成原理那里只介绍了Cache的替换算法呢？

因为，【Cache替换】的实现是由【硬件】完成的！

在这里，【内存】由操作系统来管理，自然需要操作系统（系统软件）来实现啊！

虚拟内存是计算机系统中的一种技术，用于将磁盘空间作为辅助内存来扩展主存（RAM）的容量。

它允许操作系统将部分数据移动到磁盘上，并在需要时将其还原回主存。

虚拟内存的设计目的是提供比物理内存更大的地址空间，以及更灵活的内存管理。

虚拟内存与高速缓存是不同的概念。

高速缓存是一种位于处理器和主存之间的存储器层次结构，用于加快对常用数据的访问速度。

而虚拟内存是一种通过存储器映射技术实现的内存扩展机制，用于增加可用的地址空间。

关于计算机组成原理中只介绍了Cache的替换算法而没有涉及虚拟内存的解释，可能是因为计算机组成原理的重点是硬件层面的设计和实现。

因此，在讲解Cache时主要侧重于硬件层面的实现细节，如替换算法、缓存一致性、写策略等。

而虚拟内存的管理是由操作系统来完成的，属于系统软件的范畴，因此在计算机组成原理这门课程中可能没有过多介绍。

需要注意的是，虚拟内存和Cache是不同层次的存储器技术，各自有不同的设计原理和实现方法。虚拟内存的管理涉及到操作系统的内存管理模块，而Cache的管理则由硬件电路来完成。