操作系统 内存分配-分区_内存分区

连续分配管理方式

单一连续存储分配

将内存分成两个连续的区域：系统区和用户区
系统区只能是留给系统程序执行，用户区每次只能分配给一道程序

• 优点：不需要进行复杂的内存保护，因为用户区每次只能存储一道程序；无外部碎片(后面有解释)、可以采用覆盖技术，不需要哦额外的技术支持
• 缺点：只能单用、单任务使用，有内部碎片，存储器利用率极低

固定分区管理

主要分为分区大小相等和分区大小不等的情况

• 等区划分
  缺乏灵活性，程序过大装不进去，程序过小又浪费空间

• 非等区划分
  相对具有灵活性

• 内存的分配：建立一个分区说明表，每一个表标注状态已经分配的不能被重新分配，一直到分配的内存被释放才可以又被分配。数据结构上可以采用链表、数组或者B+应该都没有问题(个人看法）

动态分区分配

系统存储器不预先划分分区，在每次作业装入时，根据作业大小要求，从可用存储空间中切一块大小与所要求相近的存储区分配给作业。

• 优点：无内部碎片
• 缺点：有外部碎片
• 克服外部碎片的办法——紧凑，但是开销大

一、内存分配

基于顺序搜索

1、最先匹配法（首次适配算法）：空闲区不排序，在空闲表中找到一个符合要求的分区，就可以分配
好处：较大的空闲分区可以被保留在内存高端。
不足：但随着低端分区不断划分而产生较多小分区，每次分配时查找时间开销会增大。

2、最佳匹配法：空闲区一开始从小到大开始排序，找到大小和要求的分区差最小的开始分配
好处：较大的空闲分区可以被保留
不足：但会形成较多无法利用的较小分区(外部碎片)
3、最差匹配法：空闲去按照大到小排序，找到最大的分区开始分配
这种方法基本不留下小空闲分区，但较大的空闲分区不被保留。
举例说明：先有作业序列：作业A要求18K；作业B要求25K，作业C要求30K。请给出采用最先、最佳、最差三种适配算法进行内存分配后的空闲区队列，哪些方法能将三个作业全部装入内存。

先分配作业A之后，内存情况：

作业B被分配：

作业C被分配

基于索引搜索的动态分区分配算法

伙伴系统：
① 算法规定每个空闲分区的大小都是2的k次幂，对于每个大小相同（也就是k相同）的分区，都会设置一个双向链表，这样系统所有的空闲分区就会被分成k个不同的空闲分区链表
② 当需要分配内存时候，（假设需要2的j次方），找到一个空间是i>j的最小的那个，将这个i分区一分为二，一部分用来分配内存，一部分存再2的 i-1次方的那个链表中，作为下次可以被分配的对象

二、内存回收：

a、不用重新分配表项，直接用上空闲区的表项和首地址，地址长度是三个分区大小的和，取消下表项的内容
b、不用重新分配表项，直接使用上空闲区的表项和首地址，地址长度是两个分区的大小和 c、修改下空闲区的首地址和长度
d、增加一个新的表项，首地址和长度就是中间分区的长度

动态可重定位分区分配

首先先明白内碎片和外碎片的概念：
1、 内碎片：对于固定分区来说的，一个固定的分区只能分配一道作业，当分区过大分配作业会有残余或者过小无法分配的时候，就会产生内碎片，这个内碎片是属于分区的。
2、外碎片：对于动态分区而言的，对于动态分区，就是有作业就割据一部分内存来存放，但是当割据后剩余的一部分过小，无法分配作业时候，就会产生一个外碎片，这个外碎片是一个独立分区，只是这个分区不能分配了而已。

以上我们知道，上面介绍的分区方式会产生一定的碎片，造成内存的浪费，所以才有动态可重定位分区的分配

一、紧凑（拼接）

• 也就是将内存中所有的作业都进行移动，使得他们都相邻，就会留下一个连续的空闲分区，给大作业使用
  缺点：没紧凑一次，需要移动程序或者数据进行地址的修改，是一件相当麻烦的事情

二、动态重定位

• 前面讲的动态运行时装入：作业装入内存之后不会马上就修改相对地址成绝对地址，这个时候引入一个重定位寄存器，用来存放程序（数据）在内存的起始地址
  访问的时候：绝对地址=相对地址+寄存器地址
• 当我们要进行紧凑的时候，不需要修改程序中的地址，而是修改重定位寄存器中的起始地址。
  说明：重定位寄存器中的地址是整个程序的起始地址，图中的重定位是10000，也就是程序的开头存放在物理地址中的10000的位置上。
  
  三、多重分区存储管理
• 给一个分爱分配多个内存分区，每个分区可以装入作业的一段或者多端，使得一些尺度比较小的分区可以得到利用，提高内存利用效率
  要求系统需要何止多个机制（界限寄存器）来实现内存管理安全问题（不能越界），实现难度比较大
  不足：作业分区不能太多，还是会产生一些碎片

总结：紧凑和多重分区存储管理还是会产生一些碎片，紧凑只是用一种成本比较大的方法移动程序（数据）来使得空闲分区较大，多重分区存储管理还是会产生一些更小的碎片。所以两种方法都没有从根本上解决碎片问题。

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覆盖

让一个程序中没有调用关系的模块共享内存，安排装载到同一个内存块中，以缓存系统内存不足的问题
一般来说，兄弟节点之间都是没有调用关系的

对换技术

• 在多道程序调用中，将暂时不能执行的程序送到外存中，腾出空间装入新程序
  优点：增加并发运行程序的数目
  缺点：换进换出会增加系统的开销；程序的换进换出，可能会传送很多无用的代码 或者数据，造成无用功