内存管理的方式

页式管理

用户程序的地址空间被划分成若干固定大小的区域，称为“页”，相应地，内存空间分成若干个物理块，页和块的大小相等。可将用户程序的任一页放在内存的任一块中，实现了离散分配。

系统为每个进程建立一张页表，用于记录进程逻辑页面与内存物理页面之间的对应关系。页表的作用是实现从页号到物理块号的地址映射。

分页方式的优点是：页长固定，因而便于构造页表、易于管理，且不存在外碎片。
但分页方式的缺点是：页长与程序的逻辑大小不相关。

段式管理

段是按照程序的自然分界划分的长度可以动态改变的区域。通常，程序员把子程序、操作数和常数等不同类型的数据划分到不同的段中，并且每个程序可以有多个相同类型的段。

将用户程序地址空间分成若干个大小不等的段，每段可以定义一组相对完整的逻辑信息。存储分配时，以段为单位，段与段在内存中可以不相邻接，也实现了离散分配。

每个程序设置一个段表，段表的每一个表项对应一个段，每个表项至少包括三个字段：有效位（指明该段是否已经调入主存）、段起址(该段在实存中的首地址)和段长（记录该段的实际长度）。

段页式管理（最常用）

段页式存储组织是分段式和分页式结合的存储组织方法，这样可充分利用分段管理和分页管理的优点。

用分段方法来分配和管理虚拟存储器。程序的地址空间按逻辑单位分成基本独立的段，而每一段有自己的段名，再把每段分成固定大小的若干页。
用分页方法来分配和管理实存。即把整个主存分成与上述页大小相等的存储块，可装入作业的任何一页。程序对内存的调入或调出是按页进行的。但它又可按段实现共享和保护。

段页式管理每取一数据需要访问 3 次内存：第一次是由段表地址寄存器得段表始址后访问段表，由此取出对应段的页表在内存中的地址。第二次则是访问页表得到所要访问的物理地址。第三次才能访问真正需要访问的物理单元。

分段和分页

页是信息的物理单位，分页就是为了实现离散分配方式，提高内存的利用率。分页仅仅是由于系统管理的需要，而不是用户的需要。页的大小由系统确定。

段是信息的逻辑单位，它含有一组其意义相对完整的信息。分段的目的是为了能更好的满足用户的需要。段的长度不固定取决于用户所编写的程序。

虚拟内存

虚拟内存时计算机内存管理的一种技术，相对于物理内存而言。

虚拟内存使得应用程序认为它拥有连续可用的内存，允许程序员编写并运行比实际系统拥有的内存大得多的程序。而实际上，它通常是被分割成多个物理内存碎片。

替换算法

页面置换：在地址映射过程中，若在页面中发现所要访问的页面不在内存中，则产生缺页中断(page fault)。当发生缺页中断时操作系统必须在内存选择一个页面将其移出内存，以便为即将调入的页面让出空间。

替换算法常见的有以下几种：

OPT
OPT（Optional Replacement，最佳替换算法）算法的思想是：替换下次访问距当前时间最长的页。opt算法需要知道操作系统将来的事件，显然不可能实现，只作为一种衡量其他算法的标准。
FIFO
FIFO（先进先出算法）算法的思想是：如果一个数据是最先进入的，那么可以认为在将来它被访问的可能性很小。空间满的时候，最先进入的数据会被最早置换（淘汰）掉。
LRU
LRU(Least Recently Used，最近未使用算法)算法的思想是：如果一个数据在最近一段时间没有被访问到，那么可以认为在将来它被访问的可能性也很小。因此，当空间满时，最久未被使用的数据最先被置换（淘汰）。
LFU
LFU（Least Frequently Used，最不经常使用算法）算法的思想是：如果一个数据在最近一段时间很少被访问到，那么可以认为在将来它被访问的可能性也很小。因此，当空间满时，访问次数最少的数据最先被置换（淘汰）。
CLOCK
LRU算法的性能接近于OPT,但是实现起来比较困难，且开销大；FIFO算法实现简单，但性能差。所以操作系统的设计者尝试了很多算法，试图用比较小的开销接近LRU的性能，这类算法都是CLOCK算法的变体。
时钟页替换算法把各个页面组织成环形链表的形式，类似于一个钟的表面。给每个页帧关联一个使用位。当该页第一次装入内存或者被重新访问到时，将使用位置为1。每次需要替换时，查找使用位被置为0的第一个帧进行替换。在扫描过程中，如果碰到使用位为1的帧，将使用位置为0，在继续扫描。如果所谓帧的使用位都为0，则替换第一个帧。
同时有一个指针指向下次开始扫描的位置，每次替换后更改指针指向下一页。
RAND
Rand随机算法的思想是：设置随机数产生器，依据产生的随机数确定替换块，将其替换。

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