存储管理——内存管理

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我是靠谱客的博主安详含羞草，最近开发中收集的这篇文章主要介绍存储管理——内存管理，觉得挺不错的，现在分享给大家，希望可以做个参考。

概述

存储管理中首先要面对的第一个boss是内存管理。内存管理需要考虑这两个问题：

1）内存管理需要解决什么问题？
2）内存管理方式有哪些？

那接着具体看看两个问题。

1）内存管理需要解决什么问题？

程序运行需要存储空间，将自身的代码和数据存放起来。为了更好的满足程序对内存提出的存储要求，需要解决的问题如下：
1. 重定位：如何确定程序所在的地址位置
2. 保护：程序之间相互独立的代码和数据如何确保互不干扰
3. 共享：程序之间相互通信的代码和数据如何确保通信
4. 逻辑组织：程序内部如何组织代码和数据
5. 物理组织：存储器如何组织代码和数据
简单点：需要解决怎么在存储中圈一块地出来给程序。在存储中圈的地，保证这块地的使用是当前程序说了算的，同时程序内或程序之间的是可以相互定位的。这就是内存管家需要做的事情。

2）内存管理方式有哪些？

内存管理方式是啥？就是怎么圈地！
1. 固定分区分配：每块地都是已经圈好了的，自己拿。
2. 动态分区分配：按需分配，要多少给多少。少给不行！多给不行！
3. 伙伴系统：一半分你多么，太多了，一半再分成两半分你一半，……
4. 分页分配：一个人，一块地（每块地大小一样）。一家有几个人，每个人自己拿一块地。
5. 分段分配：你家打猎，去拿山头；他家种稻，去拿良田；我家养鱼，去拿小池塘。
以上，说话的方式有点简单。
知道怎么圈地了，看看第二步，怎么分地。（先不考虑别的操作，只考虑内存够用）

2.1 固定分区分配

将内存提前分配好，一种是平均的分内存；另一种是封建的分内存。
对于平均主义式而言：
可以将程序塞到任意一个可以容纳它的内存块。
对于封建等级式而言：
把程序塞到能满足其大小的最小内存，也就是装入后剩下的空间最小的那块内存。

2.2 动态分区分配

内存会随着程序内存需求的增加，而减少相应的内存量。
其中有这样几个放置方式：首次适应算法、下次适应算法、最佳适应算法、最坏适应算法
1. 首次适应算法
按程序装入顺序，寻找能插入的内存块，如果能放进去，那就放进去咯。
2. 下次适应算法
按程序装入顺序，从上一程序装入的位置，开始寻找内存块，如果能放进去，放进去。
3. 最佳适应算法
将内存空间从小到大排序，从第一块空闲内存开始，寻找能装入的最小内存块并放入。
4. 最坏适应算法
将内存空间从大到小排序，从第一块内存开始，寻找能装入的内存。

2.3 伙伴系统

见过二叉树么？最多只有两个分支的那种，该树结点值代表内存空间大小和是否被使用，初始化根结点未整个空间。
对于某个特定的程序对内存的需求，与未分配的子结点比较，如果子结点大于两倍的申请空间，则将该子结点作为父结点，申请空间继续比较其子结点，直至装入。从而得到其内存空间介于 $2^i leq s leq 2^{i + 1}$ 之间。

2.4 分页分配

考虑固定平均分区那样的分配方式，在此基础上，细分原有内存块的大小；将程序所需的内存划分为同样的大小；
在内存中寻找，将程序的一页分配到可能不连续的内存块中去；
通过一个页表，将程序中的逻辑地址映射到内存中的实际地址，并将映射信息保存在页表中。

2.5 分段分配：

这和分页有点像，和动态分配有点像。
将程序分成若干具有特定功能的大小可不等的段块（如数据段，代码段等等）；
像申请动态分区分配那样，将不同的段分配到内存块中去；
将不同段与内存块的映射关系保存到段表中。

内存管理方式分优劣

最后看看每种分配方式（用上述的标号表示，如：2.1）的优劣：
2.1～2.3的分配方式，是将程序连续的分配到内存中，由于程序自带的这个要求，引发的后果是，大量的零碎的空间面临无法使用的情况，然而如果将其合并可能满足其他程序的需求。这个缺陷在2.1中表现为固定数量的程序可以装入内存；在2.2中表现为多次分配和回收之后，产生了极多的内存碎片；在2.3中相当于前两者而言，都较好并不是表现的拙劣。为了弥补这个缺陷，在2.2中采用碎片拼接的方法，引发的缺陷则是，移动大量内存地址，系统效率低下，而且重定位困难啊！安全措施难搞啊！（有种喜新厌旧感觉，说的一无是处了还）但是正是这种简单的分配方式，我们可以将计算机系统得以实现，在历史上是功不可没的。
2.4、2.5则一改连续分配的风格，将连续变成离散的分配到内存中去。破其一点，收获了大好前程！不仅减少了内存碎片的产生，而且能更好重定位，提供更好的保护和共享机制。尽管2.5中存在动态分配所带有的外部碎片的问题，由于是按功能划分段块，也就能提供更好的保护和共享方式。至于重定位的方式，将在虚拟内存中做介绍。

虽然内存中如何存放程序的问题看似解决了，但是，在现实中，小内存碰见大程序该如何解决；内存中存满了，调入新数据和程序时如何处理；空内存调入数据和程序时又该如何呢？
这些问题我们可以通过虚拟内存、中断机制、置换算法解决，这些将在以后分享。