操作系统内存管理总结

操作系统内存管理总结

关于内存管理这一块的学习进行自己简单的总结，如有错误，请指出交流，一起学习进步…
我抽离出几个概念来总结。

虚拟内存
虚拟内存其实就是一种操作系统的内存管理机制，使得看起来有比真正拥有的内存更大的空间，其一部分映射到物理内存，一部分对应在磁盘上。

虚拟内存允许执行进程不必完全在内存中。虚拟内存的基本思想是：每个进程拥有独立的地址空间，这个空间被分为大小相等的多个块，称为页(Page)，每个页都是一段连续的地址。这些页被映射到物理内存，但并不是所有的页都必须在内存中才能运行程序。当程序引用到一部分在物理内存中的地址空间时，由硬件立刻进行必要的映射；当程序引用到一部分不在物理内存中的地址空间时，由操作系统负责将缺失的部分装入物理内存并重新执行失败的命令。这样，对于进程而言，逻辑上似乎有很大的内存空间，实际上其中一部分对应物理内存上的一块(称为帧，通常页和帧大小相等)，还有一些没加载在内存中的对应在硬盘上，如下图所示。

访问虚拟内存
访问虚拟内存时，如果访问到的已经映射在物理内存上则直接访问物理内存，如果发现访问的虚拟内存并不在物理内存上，会产生缺页中断，从磁盘中取得缺的页放入内存，如果内存已满，还会根据某种算法将磁盘中的页换出，这里有几种置换算法，置换出来的数据储存在磁盘（Linux的swap区、Windows的C盘）

• 先进先出算法，可能会置换出常用的页面
• LRU，难实现
• OPT，实现不了
• 时钟，插入时设为1、使用时设为1；置换时发现为1的设为0，发现0的直接置换

分段和分页

• 分段：
  这是为了满足用户要求而形成的一种储存管理方式。它把用户程序的地址空间分为若干个大小不同的段，每段可定义一组相对完整的信息。在储存器分配时，以段为单位，这些段在内存中可以不相邻接，所以也同样实现了离散分配。
• 分页：
  系统管理需要，在该方式中，将用户程序地址空间分为若干固定大小的区域，称为“页”或“页面”。典型的页面大小为1KB。相应的，也将内存空间分为若干个物理块或页框（frame），页和块的大小相同。这样可将用户程序的任一页放入任一物理块中，实现了离散分配。

分段分页区别：
目的不同：分页是由于系统管理的需要而不是用户的需要，它是信息的物理单位；分段的目的是为了能更好地满足用户的需要，它是信息的逻辑单位，它含有一组其意义相对完整的信息；
大小不同：页的大小固定且由系统决定，而段的长度却不固定，由其所完成的功能决定；
地址空间不同： 段向用户提供二维地址空间；页向用户提供的是一维地址空间；
信息共享：段是信息的逻辑单位，便于存储保护和信息的共享，页的保护和共享受到限制；
内存碎片：页式存储管理的优点是没有外碎片（因为页的大小固定），但会产生内碎片（一个页可能填充不满）；而段式管理的优点是没有内碎片（因为段大小可变，改变段大小来消除内碎片）。但段换入换出时，会产生外碎片（比如4k的段换5k的段，会产生1k的外碎片）。

参考文章：
https://zhuanlan.zhihu.com/p/19965403
https://www.jianshu.com/p/76db050b808c