操作系統(tǒng)第四章【2】內(nèi)存空間管理---連續(xù)

(1)單一連續(xù)分配

? 內(nèi)存分為系統(tǒng)區(qū)和用戶區(qū)兩部分:

系統(tǒng)區(qū):僅提供給OS使用,通常放在內(nèi)存低址部分

用戶區(qū):除系統(tǒng)區(qū)以外的全部內(nèi)存空間,提供給用戶使用。

最簡單的一種存儲管理方式,只能用于單用戶、單任務(wù)的操作系統(tǒng)中。

優(yōu)點:易于管理。

缺點:對要求內(nèi)存空間少的程序,造成內(nèi)存浪費;程序全部裝入,很少使用的程序部分也占用內(nèi)存。

(2)固定分區(qū)分配

把內(nèi)存分為一些大小相等或不等的分區(qū)(partition),每個應(yīng)用進程占用一個分區(qū)。操作系統(tǒng)占用其中一個分區(qū)。

u提高:支持多個程序并發(fā)執(zhí)行,適用于多道程序系統(tǒng)和分時系統(tǒng)。最早的多道程序存儲管理方式。

劃分為幾個分區(qū),便只允許幾道作業(yè)并發(fā)

? 1如何劃分分區(qū)大?。?/b>

n分區(qū)大小相等:只適合于多個相同程序的并發(fā)執(zhí)行(處理多個類型相同的對象)。缺乏靈活性。

n分區(qū)大小不等:多個小分區(qū)、適量的中等分區(qū)、少量的大分區(qū)。根據(jù)程序的大小,分配當前空閑的、適當大小的分區(qū)。

? 2需要的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

建立一記錄相關(guān)信息的分區(qū)表(或分區(qū)鏈表),表項有: 起始位置 大小? 狀態(tài)

分區(qū)表中,表項值隨著內(nèi)存的分配和釋放而動態(tài)改變

3程序分配內(nèi)存的過程:

也可將分區(qū)表分為兩個表格:空閑分區(qū)表/占用分區(qū)表。從而減小每個表格長度。

檢索算法:空閑分區(qū)表可能按不同分配算法采用不同方式對表項排序(將分區(qū)按大小排隊或按分區(qū)地址高低排序)。

過程:檢索空閑分區(qū)表;找出一個滿足要求且尚未分配的分區(qū),分配給請求程序;若未找到大小足夠的分區(qū),則拒絕為該用戶程序分配內(nèi)存。

固定分配的不足:

內(nèi)碎片(一個分區(qū)內(nèi)的剩余空間)造成浪費

分區(qū)總數(shù)固定,限制并發(fā)執(zhí)行的程序數(shù)目。

(3)動態(tài)分區(qū)分配

分區(qū)的大小不固定:在裝入程序時根據(jù)進程實際需要,動態(tài)分配內(nèi)存空間,即——需要多少劃分多少。

空閑分區(qū)表項:從1項到n項:

內(nèi)存會從初始的一個大分區(qū)不斷被劃分、回收從而形成內(nèi)存中的多個分區(qū)。

動態(tài)分區(qū)分配

優(yōu)點:并發(fā)進程數(shù)沒有固定數(shù)的限制,不產(chǎn)生內(nèi)碎片。

缺點:有外碎片(分區(qū)間無法利用的空間)


1)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

①空閑分區(qū)表:

?記錄每個空閑分區(qū)的情況。

?每個空閑分區(qū)對應(yīng)一個表目,包括分區(qū)序號、分區(qū)始址及分區(qū)的大小等數(shù)據(jù)項。

②空閑分區(qū)鏈:

?每個分區(qū)的起始部分,設(shè)置用于控制分區(qū)分配的信息,及用于鏈接各分區(qū)的前向指針;

?分區(qū)尾部則設(shè)置一后向指針,在分區(qū)末尾重復(fù)設(shè)置狀態(tài)位和分區(qū)大小表目方便檢索。


2)分區(qū)分配算法

? 動態(tài)分區(qū)方式,分區(qū)多、大小差異各不相同,此時把一個新作業(yè)裝入內(nèi)存,更需選擇一個合適的分配算法,從空閑分區(qū)表/鏈中選出一合適分區(qū)

①首次適應(yīng)算法FF

②循環(huán)首次適應(yīng)算法

③最佳適應(yīng)算法

④最差適應(yīng)算法

⑤快速適應(yīng)算法

①首次適應(yīng)算法FF(first-fit)

1.空閑分區(qū)排序:以地址遞增的次序鏈接。

2.檢索:分配內(nèi)存時,從鏈首開始順序查找直至找到一個大小能滿足要求的空閑分區(qū);

3.分配:從該分區(qū)中劃出一塊作業(yè)要求大小的內(nèi)存空間分配給請求者,余下的空閑分區(qū)大小改變?nèi)粤粼诳臻e鏈中。

u若從頭到尾檢索不到滿足要求的分區(qū)則分配失敗

優(yōu)點:優(yōu)先利用內(nèi)存低址部分,保留了高地址部分的大空閑區(qū);

缺點:但低址部分不斷劃分,會產(chǎn)生較多小碎片;而且每次查找從低址部分開始,會逐漸增加查找開銷。

②循環(huán)首次適應(yīng)算法(next-fit)

1.空閑分區(qū)排序:按地址

2.檢索:從上次找到的空閑分區(qū)的下一個空閑分區(qū)開始查找,直到找到一個能滿足要求的空閑分區(qū)。為實現(xiàn)算法,需要:

?設(shè)置一個起始查尋指針

?采用循環(huán)查找方式

3.分配:分出需要的大小

優(yōu)點:空閑分區(qū)分布均勻,減少查找開銷

缺點:缺乏大的空閑分區(qū)

③最佳適應(yīng)算法 (best-fit)

? 總是把能滿足要求、又是最小的空閑分區(qū)分配給作業(yè),避免“大材小用”。

1.空閑分區(qū)排序:所有空閑分區(qū)按容量從小到大排序成空閑分區(qū)表或鏈。

2.檢索:從表或鏈的頭開始,找到的第一個滿足的就分配

3.分配:分出需要的大小

? 缺點:每次找到最合適大小的分區(qū)割下的空閑區(qū)也總是最小,會產(chǎn)生許多難以利用的小空閑區(qū)(外碎片)

④最差適應(yīng)算法/最壞匹配法(worst-fit):基本不留下小空閑分區(qū),但會出現(xiàn)缺乏較大的空閑分區(qū)的情況。

⑤快速適應(yīng)算法

n根據(jù)進程常用空間大小進行劃分,相同大小的串成一個鏈,需管理多個各種不同大小的分區(qū)的鏈表。進程需要時,從最接近大小需求的鏈中摘一個分區(qū)。類似的:伙伴算法

n能快速找到合適分區(qū),但鏈表信息會很多;實際上是空間換時間。

3)分區(qū)分配操作

分配內(nèi)存

找到滿足需要的合適分區(qū),劃出進程需要的空間

s<=size,將整個分區(qū)分配給請求者

s> size,按請求的大小劃出一塊內(nèi)存空間分配出去,余下部分留在空閑鏈中,將分配區(qū)首址返回給調(diào)用者。

回收內(nèi)存

進程運行完畢釋放內(nèi)存時,系統(tǒng)根據(jù)回收區(qū)首址a,在空閑分區(qū)鏈(表)中找到相應(yīng)插入點,根據(jù)情況修改空閑分區(qū)信息,可能會進行空閑分區(qū)的合并:


(4)動態(tài)重定位分區(qū)分配

——有緊湊功能的動態(tài)分區(qū)分配

用戶程序在內(nèi)存中移動,將空閑空間緊湊起來提高空間利用率。但必然需要地址變化,增加“重定位”工作。


(5)內(nèi)存空間管理之對換

當內(nèi)存空間還是滿足不了需求時,引入“對換”思想:

? 把內(nèi)存中暫時不能運行、或暫時不用的程序和數(shù)據(jù)調(diào)到外存上,以騰出足夠的內(nèi)存;把已具備運行條件的進程和進程所需要的程序和數(shù)據(jù),調(diào)入內(nèi)存。

u按對換單位分類:

?整體對換(或進程對換):以整個進程為單位(連續(xù)分配)

?頁面對換或分段對換:以頁或段為單位(離散分配)


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