内存管理：页式虚拟内存管理

页式存储管理——虚拟内存——缺页中断，页面替换算法

开章明意： 创建一个进程（创建进程是在磁盘中），进程以字节为单位编号，然后再进程分为许多页（每页4KB），内存中有对应的页框（设定同页）。通过页表（记录页和页框的对应关系），将最需要的页调入内存，其他页留在磁盘中。根据CPU的需要动态的更新页表，并调入调出页，实现对内存的充分利用。
本质就是：内存局部读入进程，其余的存储在磁盘中

内存不够用的问题—— 现阶段通常使用8G内存，但一个大型游戏就要10G+内存，如何解决？
虚拟内存：给每个进程分配一个独立的地址空间（本质在磁盘上），每个进程独立的地址空间就叫虚拟内存。 虚拟内存中的页是连续的，但可以对应到内存中不连续的页框，这样就实现了对内存的充分利用。（不要求内存提供连续的存储空间）

当进程建立时, 数据储存于磁盘内的虚拟内存空间，也不需要为该进程去配置主内存空间，只有当该进程的页被调用的时候才会被加载到实际内存中。

操作系统为了管理内存，给每个进程都分配独立的地址空间，对32位的系统而言，这个空间的大小是4GB。这4GB并不是实际的物理内存，实际上并不存在，因此有虚拟内存这一名称。

建立映射关系： 页（page），页框（frame），页表
分为大小相等的多个块,称为页(Page).每个页都是虚拟内存中一段连续的地址（一般一页为4Kb），其中一部分对应物理内存上的一块(称为页框，通常页和页框大小相等)，还有一些没加载在内存中的对应在硬盘上。
内存构成： 8G, 按字节为单位编号（0-许多，这些编号就叫做地址），再按页框(一般为4KB)为单位进行与磁盘的数据交换.

页表结构： ——页表完成虚拟地址到物理内存地址的映射，每个进程都有一个自己的页表，

页表的每一项的属性
1.页号——页框号
2.偏移量：内存的基地址加上偏移量找到想要的内存地址 即地址空间计算时的公式
3.存在位：页是否在内存中
页表中每个项通常为32位，既4byte,除了存储虚拟地址和页框地址之外，还会存储一些标志位，比如是否缺页，是否修改过，写保护等。

页表存在MMU（memory management unit 内存管理部件）中

缺页中断，页面置换：
进程线性地址空间里的页面不必常驻内存，在执行一条指令时，如果发现要访问的虚拟内存的页并不存在于物理内存中（存在位为0），那么停止该指令的执行，并产生一个页不存在异常，故障处理程序从磁盘中取得缺的页放入内存，如果内存已满按页面置换算法来废弃某个页面，将其所占据的物理页释放出来，再调入所需页。

页面置换算法：决定将哪些页面替换出去
选择哪些页替换出去就显得尤为重要，如果算法不好将未来需要使用的页替换出去，则以后使用时还需要替换进来，这无疑是降低效率的。

1.最佳置换算法(Optimal Page Replacement Algorithm)
将未来最久不使用的页替换出去，这听起来很简单，但是无法实现。但是这种算法可以作为衡量其它算法的基准
2.时钟替换算法： 最常用的算法
3.先进先出算法：淘汰在内存中最久的页，这种算法的性能接近于随机淘汰。并不好
4.最近不常使用算法： 淘汰最不经常访问的页项

空闲内存管理：
系统要用什么样的数据结构记录内存的使用情况? ——
空闲区链表
用一个表来记录内存中空闲的页框

当很多个空闲分区都能满足进程的内存需求时，应该选择哪个分区进行分配? —动态内存分配算法
1.最先匹配(First Fit Allocation)：足够大的第一个空闲区 最简单 不用搜索整个表

2.最佳匹配算法（Best fit）： 搜索整个空闲区表，找到符合要求的最小空闲区 应用最广泛

3.最差匹配算法(Worst fit): 搜索整个表，分配最大的可用空间，性能最差

内存管理机制完善（三项实际中使用的技术）：
对核心的页式虚拟内存管理的完善: ** 两级页表机制 + 页面高速缓存技术 + 段页式存储管理**
1.段页式存储管理（实际使用的管理方式）： 页式存储管理能有效地提高内存利用率，而分段存储管理能反映程序的逻辑结构并有利于段的共享。如果将这两种存储管理方法结合起来，就形成了段页式存储管理方式。段页式管理就是将程序分为多个逻辑段，在每个段里面又进行分页，即将分段和分页组合起来使用。
2…两级页表：二级页表 页目录—页表 二级结构，节省内存
3…页面高速缓存技术：又称为快表，提供中间由虚拟地址转换为物理地址时的缓存（缓存思想，缓存最常用的页），可以直接将虚拟地址映射到物理地址，加速分页过程

其他的一些基本概念：
1.重叠overlay ——即段式管理
如果一个程序需要使用比物理内存更大的内存空间怎么办？
此时，可以将程序按照功能分成一段一段功能相对完整的单元，一个单元执行完成后再执行下一个单元，这就是重叠（overlay）
2.交换技术：在磁盘中创建交换区，把一个最需要处理的进程完全调入内存（进程调度算法），使该进程运行一段时间。内存中进程未处于运行态时，就调出内存到磁盘交换区（即挂起），再调另一个完整进程进内存。空闲进程主要存在磁盘上，所以当他们不运行时就不会占用内存
3.动态重定位：基址寄存器，界限寄存器
基址寄存器： 寄存程序的起始物理地址
界限寄存器： 寄存程序的长度

为什么不能直接使用物理地址：
1.内存不够直接运行大型程序：内存往往是不够用的： 建立认知—— 计算机开机会启动大约100个进程，每个大约5-10M，
工作中的PS应用程序占 1G 左右内存 一个大型游戏就是10G+内存需求
2.无法并发：并发的概念——举例理解： 多个程序保持就绪态，随时可以运行

不同程序使用内存中不同的地址块 —— 使用绝对物理地址： 导致对内存地址的不正确访问（因为两个程序都使用绝对物理地址，两个程序访问地址冲突导致程序崩溃）
3. 在简单嵌入式系统中可以直接引用物理地址

内存管理直观—— 进程管理器： ctrl + Alt + delete