操作系统-笔记-第三章-内存管理
🌸章节汇总
一、第一章——操作系统的概念
二、第二章——【进程】
二、第二章——【线程】编辑
二、第二章——【进程调度】
二、第二章——【进程同步与互斥】
二、第二章——【锁】
三、第三章——内存管理
四、第四章——文件管理
五、第五章——输入输出管理
🚀 学习心得
目录
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。
11、请求页面——管理方式
（1）缺页中断（内中断）
没有需要的页——产生中断
如果有空闲块——直接占用（没有的话，使用页面置换算法~）
（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）
这个是——理想算法（实际应用中，无法实现）
因为——他需要提前知道后面需要访问的页面是什么！（很显然，不能做到）
（2）先进先出算法（绝对公平——Belady异常）
性能差——注意——Belady异常！（随着访问次数增多，缺页次数反而减少！）
（3）最近最久未使用置换算法（LRU）
适用于局部性好的（性能好）——需要硬件支持，开销大
（4）时钟页面置换算法（CLOCK & NRU）
扫描的过程——像一个时钟——不断计数（访问位为：0 / 1）
最近未用算法
最坏情况——扫两轮（一圈多一点）
（5）时钟页面置换算法——改进型
会筛选4轮！（最坏情况下，要转3圈多一点）
1、未访问、未修改
2、未访问、已修改
3、已访问、未修改
4、已访问、已修改
（注意：访问的权利大！排在最后！）
（6）总结（要会手推——页面替换）
PS：并不止这些算法，还有其他替换算法哟~
比如——随机替换算法（和猴子排序类似的有趣，哈哈哈~）
最不常用算法（LFU）——考虑的是访问次数 or 频率
12、页面分配策略、抖动、工作集
（1）工作集模型（清华教程）
工作集——内存的区间（大小）——我觉得成为【工作间还挺好~】
【你活动的空间太大了，不太好】
【你活动的空间太小了，也不太好~】
当你经常卡壳（说明你活动空间小，需要增多活动空间）
当你不卡壳（说明你活得很滋润，浪费了一些空间，需要给你减少空间！）
资本家看了都流泪（┭┮﹏┭┮）~
（2）驻留集——分配策略【王道】
1、开始给你分配固定的大小工作空间
2、动态给你调整（调整又分为内部调整、外部调整）
内部调整（局部）——把你进程内部的物理块变为工作区间
外部调整（全局）——把外部空间（空闲）物理块给你
（3）何时调入页面（亡羊补牢 or 未雨绸缪）
先调入？还是缺了再调入？（具体场景，具体分析~）
（4）在哪里调入？（经典加一层）
在外存中，再套一层（对换区）
方便页面置换（换出来的页面就放到“对换区”）
（5）抖动现象
物理块不够时，频繁访问页面——导致（频繁出现“缺页中断”）
（6）工作集（拓展-考试貌似不考~）
工作集 ≠ 驻留集
驻留集——给定的工作空间
工作集——在工作空间里（加了一个窗口，也就是时间间隔）
因此——驻留集 ＞ 工作集
（7）总结
13、内存映射文件
（1）方便程序员——访问文件数据
传统方式——程序员手动写read、write方法，很麻烦
优化方式——操作系统为我们完成对外存的读和写（相当于操作系统封装了一层~）
我们就可以像——操作C语言那样，完成指定的读入和写入啦~
（2）共享数据——同时访问一个文件
参考Windows上的.txt文件（并不是互斥的哟~）
- 我可以用【记事本】打开~
- 我还可以用【VsCode】打开~
（3）总结（关于磁盘的IO，操作系统是专业滴！）
什么时候读，什么时候写（可以让操作系统来完成~）这方面的性能可以让操作系统来优化
程序员就可以放开手脚做其他的事情啦~
（当然，对应强迫症的工程师，可以自己来控制和考虑啦~）
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CH03_代码的坏味道（下）
循环语句（Loops） 从最早的编程语言开始，循环就一直是程序设计的核心要素。如今，函数作为一等公民已经得到了广泛的支持，因此我们可以使用以管道取代循环（231）管道操作（如filter和ma…...
journal日志导致服务器磁盘满
背景 ubuntu 18.04服务器磁盘突然100% 一查/var/log/journal目录占了14G 清理 要清理 journal 日志，可以使用以下步骤： 运行以下命令来查看 journal 日志的使用情况： journalctl --disk-usage这将显示 journal 日志的当前使用情况&#x…...
“Go程序员面试笔试宝典”复习便签
一.逃逸分析 1.1逃逸分析是什么？ 逃逸分析，主要是Go编译器用来决定变量分配在堆或者栈的手段。 区分于C/C手动管理内存分配，Go将这些工作交给了编译器。 1.2逃逸分析有什么作用 解放程序员。程序员不需要手动指定指针分配内存。 灵活的…...
数组的度（指数组里任一元素出现频数的最大值）
题目： 给定一个非空且只包含非负数的整数数组 nums，数组的 度 的定义是指数组里任一元素出现频数的最大值。 你的任务是在 nums 中找到与 nums 拥有相同大小的度的最短连续子数组，返回其长度。 示例 1： 输入：nums …...
scala array类型参数
在Scala中，数组（Array）是一种用于存储相同类型元素的数据结构。数组可以用于保存基本数据类型和自定义数据类型的元素。当定义数组类型参数时，您通常是在函数、类或方法签名中使用它们。以下是一些有关Scala数组类型参数的示例&am…...
构建 NodeJS 影院预订微服务并使用 docker 部署（03/4）
一、说明 构建一个微服务的电影网站，需要Docker、NodeJS、MongoDB，这样的案例您见过吗？如果对此有兴趣，您就继续往下看吧。 你好社区，这是🏰“构建 NodeJS 影院微服务”系列的第三篇文章。本系列文章演示了…...
html写一个向flask_socketio发送消息和接收消息并显示在页面上
以下是一个简单的HTML页面，它包含一个输入框、一个发送按钮和一个显示区域。用户可以在输入框中输入消息，点击发送按钮，然后这个消息会被发送到 Flask-SocketIO 服务器。当服务器回应消息时，它会在页面的显示区域显示出来。 <…...