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進程內存分配3種方式
1.連續固定內存分配
2.非連續內存分配(動態分配)
3.虛擬內存
一：連續固定內存分配
連續分配：為一個進程分配一片連續的內存空間，類似順序表
優點：快
缺點：比較難划分，連續的很長的內存空間不好找
連續固定內存分配:在進程來之前就已經內存分區分配了
缺點：浪費空間
1.單一連續分配方式
單一連續分配方式：只能用於單用戶，單任務的操作系統中。只存在一個進程運行
2.固定分區分配
固定分區分配：分區大小相等
缺點：若進程太小，則空間浪費。若進程太大，超過一個分區容量，則無法裝入
優點：如果每個進程需要的內存都剛好是一個分區的大小，則實現簡單，每個進程都滿足要求。
適用系統：比如車間機床，每個機床都一樣
3.分區大小不等分配
分區按大小排隊
連續內存分配管理方式
1.首次適應算法
2.最佳適應算法
3.最壞適應算法
動態分配過程
分配大小：只能分配2的整數次冪大小空間.2,4,8,32,64,128,256,512,1024...
下圖：
進程1需要64kb:內存動態分配64kb給進程1
進程2需要128kb:內存動態分配128kb給進程2
進程3需要100kb:內存動態分配128kb給進程3
進程4需要100kb:內存分配不了，剩余的內存小於100kb
內存碎片-外部碎片/內部碎片（連續的）
內部碎片(已經被分配出去)：進程3只需要100kb，分配了128kb給進程3。剩余28kb就是內部碎片，無法分配給其他進程
外部碎片(還沒有被分配出去)：由於太小了，無法分配給新進程
空閑分區鏈/空閑分區表
空閑分區鏈：多個不連續的內存空間，用鏈表串起來
下圖：
進程2結束了，藍色的空間是空閑的內存
伙伴系統算法
伙伴系統是對以上兩種內存方式對一種折中方案
原理：
1.整個分區大小為2的n次方
2.新的進程需要空間S,可講分區進行i次划分，得到空間2的(n-1)次方
3.當滿足2的(n-i-1)<S<=2的(n-i)的時候，則把大小2的(n-i)的分區分配給進程
合並條件：大小相同，地址相鄰(由同一塊分割而來)
原理圖：
最開始為1M整塊的內存
來了一個A進程，需要66K:1M划分一半，512大於66K：
512K划一半，256大於66k,繼續划分：
265k划一半，128k大於66k,128k的一半64k小於66k，所以128k分配給A
又來了個B進程，需要251K：所以把256k分配給B
又來了個C進程，需要41k：128K大於41K,128K的一半64大於41K,64K的一半32小於41k,所以把64K分配給C
又來了個D進程，需要130K：所以把256K分配給D
這時，C進程執行完了，回收內存64k，合並128K
這時，進程B執行完了，回收內存256K，不能合並，因為左邊是128K,大小不一致不能合並，不是同一塊分區分裂的不能合並
這時，進程D執行完了，回收內存256K，和右邊的合並。因為來自同一塊內存區
這時，進程A執行完了，回收內存128K,依次合並：
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二：非連續內存分配
非連續分配：零散的內存空間，類似於鏈表
優點：容易划分空間
1.頁式管理
虛地址和實地址
頁，頁框
內存分配規則：以頁為單位進行分配，邏輯上相鄰的頁和物理上不一定相鄰。
邏輯地址：虛地址，比如頁里面頁號
物理地址：實地址，內存中單元的實際地址，可直接尋址。比如頁框號
左邊是虛地址，右邊是實際地址
左邊虛地址相鄰，右邊實地址不相鄰
頁：頁內的地址空間是連續的，連續相同大小的內存框
分配
左邊虛地址相鄰，右邊實地址不相鄰
頁，頁框，頁表的關系
框號的頁內地址與頁號的頁內地址相同
頁：每一個頁長相同
頁表：頁號和頁框號的映射關系，邏輯地址和物理地址的映射關系，因為每一個頁長相同，所以沒有頁長
頁表是保存在內存中的，是進程的一部分，每個進程都有一個頁表
進程在執行，則頁表起始地址保存在頁表基址寄存器(基地址就是起始地址)
進程沒有執行，則頁表起始地址保存在進程控制塊中
虛地址找到實地址必須通過頁表找
內部碎片
分配
2.段式管理
段式設計思想
進程地址空間按某種邏輯關系划分為若干個段，每個段都有自己的名字
比如主程序段main,子程序段ADD,子程序段sum
段式內存分配
以段為單位分配，每段一片連續的內存空間，段之間可以不連續
段表
段長：因為每個頁長相同，所以沒有頁長。反之，段長不同，所以要記錄段長。防止越界
基地址：物理地址的起始地址
外部碎片
注意：頁式產生的是內部碎片，段式產生的是外部碎片
3.段式與頁式對比
可重入代碼：多個進程允許同時訪問公共區域代碼。
頁式多進程訪問公共資源
特點：多了一張很大的頁表
頁表要比段表大的多
段式多進程訪問公共資源
特點：多了一張段表
段表要比頁表小的多
段式與頁式對比
1):
頁是物理單位，分頁的目的是實現離散分配，減少外部碎片，提高內存利用率。分頁僅僅是由於系統管理的需要而不是用戶的需要。
段是信息的邏輯單位，每段都有一組其意義相對完整的信息。分段的目的是為了更好的滿足用戶的需要
2):
頁大小固定且由系統決定，由系統把邏輯地址划分為頁號和頁內地址兩部分，由硬件實現，在洗頭中只有一種大小的頁面
段長不固定，取決於用戶編寫的程序，通常由編譯程序在對源程序編譯時，由信息的性質划分。
3):
分頁的地址空間對程序員是一維的
分段地址空間對程序員是二維的，程序員在標識一個地址時，即需給出段名，又需給出段內地址
4.段頁式存儲管理
4.1為什么設計段頁式
為了綜合段式和頁式的優點，克服兩者的缺點
4.2設計思想
先按照邏輯關系划分為段，然后再在段內分頁划分。
內存划分的時候與頁式一致，分配的時候以頁為單位。
4.3虛地址轉實地址過程
三：虛擬內存管理
一個進程需要的內存空間大於內存的總容量，不管連續分配還是非連續分配都不滿足，容量不夠。
虛擬內存管理：從硬盤划分內存
優點：即便進程大於內存總容量，也可以運行
功能：可以在較小的內存中運行要求較大的進程
實現方法：讓不會同時執行的程序模塊共享一片儲存區
3.1覆蓋技術原理-一個進程在較小的空間運行
覆蓋技術原理：讓不會同時執行的程序共享內存,不會同時執行就是沒有調用關系
比如下圖：
B-C:無調用關系，可以共享內存
D-E:無調用關系，可以共享內存
總大小：115K
實際大小：85K
優點：小空間運行大內存
缺點：增減編程難度，增加執行時間
3.2交換技術原理-多個進程在較小的空間運行
功能：可以增加正在執行，或者需要執行的進程的內存
實現方法：將暫時不執行的進程換出內存，將即將執行的進程換入內存。那么即將執行的進程，或者正在執行的進程內存就變大了
提示：換入換出的單位時整個進程
交換的時機（換出其他未執行的進程）：
1.正在執行的進程發現內存不足
2.即將進入內存執行的進程發現內存不足
換出：
當某進程運行中需要更多的內存空間，但又無足夠的內存空間時，則系統將某進程換出。一般選擇處於阻塞狀態且優先級最低的進程換出。
換入：
系統定時查看所有進程的狀態，從中找出“就緒態”狀態且已換出的進程，將其中換出時間最久的進程換入
3.3覆蓋技術與交換技術的比較
覆蓋：
1.發送在同一個進程內的不同時執行的模塊，無調用關系的模塊
2.解決一個進程的空間需求無法滿足的問題
交換：
1.以進程為單位
2.解決多個進程的空間需求無法滿足的問題
3.4局部性原理
時間局部性
一條指令的第一次執行和下一次執行，一個數據的第一次訪問和下一次訪問都集中在一個較短的時期內。
通俗講：一條指令循環的執行，間隔時間短
空間局部性
當前執行的指令和臨近執行的幾條指令，當前訪問的數據和臨近訪問的幾個數據都集中在一個較小的區域內。
通俗講：需要執行第一條指令和第二條指令在空間上很近
分支局部性
一條條轉指令的兩次執行，很可能跳到相同的位置
通俗講：比如if語句，多次執行，條件滿足則條轉到相同位置
3.5虛擬存儲技術
3.5.1原理
1):裝載程序的時候，僅將當前需要執行的頁面或者段裝入內存。
2):執行過程中所需要的程序或者數據不在內存，則將相應的頁或者段調入內存。
3):將暫時不用的頁或者段保存到外存中。
實現方式：
虛擬頁式存儲方式和虛擬段式存儲方式
3.5.2虛擬頁式存儲管理頁表機制
3.5.3虛擬頁式存儲管理頁表地址轉換
3.5.4缺頁中斷
缺頁中斷：每當要訪問的頁不在內存時，便產生缺頁中斷，請求系統將缺頁調入內存
缺頁中斷特點：
1):在指令執行期間產生和處理中斷信號，而非通常的在指令執行完之后檢測處理中斷
2):一條指令在執行期間，可能產生多次缺頁中斷
3.6置換算法
3.6.1最佳置換算法
選擇換出的頁，將是以后永不使用的或者最長時間內不再被訪問的頁。因無法預知哪個頁下次調用時間，所以這是一種理想的算法
最佳置換算法：9次缺頁處理
3.6.2先進先出置換算法（FIFO）隊列類算法
總是將最先進入內存的頁換出，或者選擇在內存中駐留時間最久的頁換出
3.6.3最近最久未使用置換算法（LRU）堆棧類算法
選擇最近最久未使用的頁換出，是一種用“最近的過去”作為“最近的將來”的估計的方法
具體方法：
用訪問字段A來記錄一個頁自上次被訪問以來經歷的時間，當置換一個頁時，選擇經歷時間t值最大的，即最近最久未使用的頁換出。
3.6.4Clock置換算法
訪問頁面時，在頁表項中記錄下訪問情況，缺頁時，從上次查找結束的位置順序查找未被訪問的頁面換出。
具體方法：頁表中增加訪問位，用來描述過去一段時間的訪問情況，各個頁面組織成循環鏈表，用一個指針指向最先調入的頁。指針掃描循環鏈表，找到第一個未被訪問的頁換出。
3.7頁框分配策略
3.7.1固定分配局部置換
為每個進程分配固定數目的頁框（物理塊），假設n個，如果發生缺頁，則只能從這n個中選出一個換出
缺點：這種方法難以確定n的大小。n太小，則缺頁頻繁，系統吞吐量太低；n太大，則內存中能夠駐留的進程數量少，系統並行率低。
3.7.2可變分配全局置換
系統保持一個空閑頁框隊列，為進程分配內存時首先給進程分配一定量的頁框，當發生缺頁時，吸引從空閑頁框隊列取出一個頁框給進程，並將缺頁裝入。
特點：當空閑框隊中的頁框用完時，系統才能從內存中選擇一頁調出，該頁可能是系統中任意進程的頁，因此叫全局置換
3.7.3可變分配局部置換
首先為每個進程分配一定數目的頁框，發送缺頁時，只允許從該進程在內存的頁中換出一頁。
特點：若雀躍頻繁，系統會適當的增加進程的頁框數。若缺頁率很低，則系統會適當減少進程的頁框數目。
3.8抖動和工作集
3.8.1抖動
如果多道程度過高，導致過於頻繁的頁換入與換出，使得調度頁的耗時比進程時機運行的時間還多，系統效率急劇下降的現象稱為抖動。
產生的原因：內存中並行的進程過多，每個進程分到的頁框數過少，缺頁過於頻繁，頁換入換出耗時過大，導致cpu利用率過低，調度程序誤以為cpu利用率低的原因是並行度不夠高，就會增加多道程序的度，使得新進程進一步裝入內存，反而導致cpu利用率下降。
解決方法：
1.增大內存空間，讓程序分配到更多的頁框，減少頻繁換入換出
2.減少多道程序的度數（減少並行），讓程序分配到更多的頁框，減少頻繁換入換出
3.8.2工作集
在當前一段時間內使用的頁的集合。
駐留集：給進程分配的所有頁框的集合
3.9案例題
1.
C
2.
C
3.
B
4.
B
5.
C
6.
B
7.
C
8.
A
9.
B
10.
B
11.
C
12.
A
13.
最近最久未使用置換算法（LRU）堆棧類算法
A
14.
C
15.
A
16.
D
17.
A
