操作系統(tǒng)概述（二）-創(chuàng)新互聯(lián)

操作系統(tǒng)內(nèi)存管理

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內(nèi)存管理包括內(nèi)存管理和虛擬內(nèi)存管理。
內(nèi)存管理包括程序裝入等概念、交換技術(shù)、連續(xù)分配管理方式和非連續(xù)分配管理方式（分頁(yè)、分段、段頁(yè)式）。
虛擬內(nèi)存管理包括虛擬內(nèi)存概念、請(qǐng)求分頁(yè)管理方式、頁(yè)面置換算法、頁(yè)面分配策略、工作集。

我們先來(lái)了解一下什么是內(nèi)存：

內(nèi)存是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，只有在內(nèi)存中的程序才能被CPU所執(zhí)行，而且CPU運(yùn)行時(shí)所需要的數(shù)據(jù)和程序運(yùn)行空間都是從內(nèi)存中獲取，所以內(nèi)存性能的好壞直接影響我們計(jì)算機(jī)性能的好壞.

講到內(nèi)存我們可以講一下關(guān)于存儲(chǔ)器的分類：

存儲(chǔ)器按照功能分配可以分為高速緩沖存儲(chǔ)器（cache）,主存儲(chǔ)器(內(nèi)存),外存儲(chǔ)器（外存）：

高速緩沖存儲(chǔ)器（cache）：cache又分為一級(jí)cache和二級(jí)cache，一級(jí)cache是位于CPU內(nèi)部的存儲(chǔ)器，它負(fù)責(zé)存儲(chǔ)并向CPU傳遞需要的數(shù)據(jù)和指令，二級(jí)cache位于CPU和主存儲(chǔ)器(DRAM)之間，二級(jí)的作用就是存儲(chǔ)那些CPU處理時(shí)需要用到、一級(jí)緩存又無(wú)法存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)。CPU讀取數(shù)據(jù)時(shí)，先從一級(jí)cache中尋找，找不到再?gòu)亩?jí)cache中尋找，有時(shí)還需要從三級(jí)cache中尋找.它們的共同點(diǎn)是讀取速度都比CPU慢比內(nèi)存快，內(nèi)存容量小，價(jià)格高. 緩存的出現(xiàn)主要是為了解決CPU運(yùn)算速度與內(nèi)存 讀寫速度不匹配的矛盾，因?yàn)镃PU運(yùn)算速度要比內(nèi)存讀寫速度快很多，這樣會(huì)使CPU花費(fèi)很長(zhǎng)時(shí)間等待數(shù)據(jù)到來(lái)或把數(shù)據(jù)寫入內(nèi)存。

主存儲(chǔ)器(內(nèi)存): 我們手機(jī)或者電腦所說(shuō)的運(yùn)行內(nèi)存便是主存儲(chǔ)器，程序運(yùn)行時(shí)會(huì)把處于外存的數(shù)據(jù)調(diào)換到主存中，主存里面存放著大量的CPU運(yùn)行時(shí)可能需要用到的數(shù)據(jù)，它的特點(diǎn)時(shí)讀寫速度較快，大小較小.一般為4G-8G大小.

外存儲(chǔ)器(外存)：外存也就是我們常說(shuō)的硬盤，它負(fù)責(zé)存放系統(tǒng)程序和大型數(shù)據(jù)文件及數(shù)據(jù)庫(kù)，特點(diǎn)就是容量大，速度低.

按照存儲(chǔ)器的類別我們又可以分為以下幾類：

RAM
RAM(random access memory，隨機(jī)存取存儲(chǔ)器）。存儲(chǔ)單元的內(nèi)容可按需隨意取出或存入，且存取的速度與存儲(chǔ)單元的位置無(wú)關(guān)的存儲(chǔ)器。這種存儲(chǔ)器在斷電時(shí)將丟失其存儲(chǔ)內(nèi)容，故主要用于存儲(chǔ)短時(shí)間使用的程序。 按照存儲(chǔ)信息的不同，隨機(jī)存儲(chǔ)器又分為靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器（Static RAM，SRAM)和動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器（Dynamic RAM，DRAM)。

SRAMS
RAM（Static RAM，靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器），不需要刷新電路，數(shù)據(jù)不會(huì)丟失，而且，一般不是行列地址復(fù)用的。但是他集成度比較低，不適合做容量大的內(nèi)存，一般是用在處理器的緩存里面。
SRAM其實(shí)是一種非常重要的存儲(chǔ)器，它的用途廣泛。SRAM的速度非?？欤诳焖僮x取和刷新時(shí)能夠保持?jǐn)?shù)據(jù)完整性。SRAM內(nèi)部采用的是雙穩(wěn)態(tài)電路的形式來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。所以SRAM的電路結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜。制造相同容量的SRAM比DRAM的成本高的多。正因?yàn)槿绱?，才使其發(fā)展受到了限制。因此目前SRAM基本上只用于CPU內(nèi)部的一級(jí)緩存以及內(nèi)置的二級(jí)緩存。僅有少量的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器以及路由器上能夠使用SRAM。

DRAM
Dynamic RAM，動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器，每隔一段時(shí)間就要刷新一次數(shù)據(jù)，才能保存數(shù)據(jù)。而且是行列地址復(fù)用的，許多都有頁(yè)模式。SDRAM是其中的一種。

SDRAM
SDRAM（Synchronous DRAM，同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器），即數(shù)據(jù)的讀寫需要時(shí)鐘來(lái)同步。其存儲(chǔ)單元不是按線性排列的，是分頁(yè)的。
DRAM和SDRAM由于實(shí)現(xiàn)工藝問(wèn)題，容量較SRAM大。但是讀寫速度不如SRAM。
一般的嵌入式產(chǎn)品里面的內(nèi)存都是用的SDRAM。電腦的內(nèi)存也是用的這種RAM，叫DDR SDRAM，其集成度非常高，因?yàn)槭莿?dòng)態(tài)的，所以必須有刷新電路，每隔一段時(shí)間必須得刷新數(shù)據(jù)。

ROM
Read-Only Memory，只讀存儲(chǔ)器的總稱。
在微機(jī)的發(fā)展初期，BIOS都存放在ROM（Read Only Memory，只讀存儲(chǔ)器）中。ROM內(nèi)部的資料是在ROM的制造工序中，在工廠里用特殊的方法被燒錄進(jìn)去的，其中的內(nèi)容只能讀不能改，一旦燒錄進(jìn)去，用戶只能驗(yàn)證寫入的資料是否正確，不能再作任何修改。如果發(fā)現(xiàn)資料有任何錯(cuò)誤，則只有舍棄不用， 重新訂做一份。ROM是在生產(chǎn)線上生產(chǎn)的，由于成本高，一般只用在大批量應(yīng)用的場(chǎng)合。

PROM
可編程只讀存儲(chǔ)器，只能寫一次，寫錯(cuò)了就得報(bào)廢，現(xiàn)在用得很少了，好像那些成本比較低的OPT單片機(jī)里面用的就是這種存儲(chǔ)器吧。

EPROM　
EPROM（Erasable Programmable ROM，可擦除可編程ROM）芯片可重復(fù)擦除和寫入，解決了PROM芯片只能寫入一次的弊端。
EPROM芯片有一個(gè)很明顯的特征，在其正面的陶瓷封裝上，開(kāi)有一個(gè)玻璃窗口，透過(guò)該窗口，可以看到其內(nèi)部的集成電路，紫外線透過(guò)該孔照射內(nèi)部芯片就可以擦除其內(nèi)的數(shù)據(jù)，完成芯片擦除的操作要用到EPROM擦除器。

EEPROMEEPROM (Electrically Erasable Programmable ROM，電可擦可編程只讀存儲(chǔ)器)，一種掉電后數(shù)據(jù)不丟失的存儲(chǔ)芯片。EEPROM是可用戶更改的只讀存儲(chǔ)器，其可通過(guò)高于普通電壓的作用來(lái)擦除和重編程（重寫），即可以在電腦上或?qū)Ｓ迷O(shè)備上擦除已有信息并重新編程。不像EPROM芯片，EEPROM不需從計(jì)算機(jī)中取出即可修改，是現(xiàn)在用得比較多的存儲(chǔ)器，比如24CXX系列的EEPROM。
在一個(gè)EEPROM中，當(dāng)計(jì)算機(jī)在使用的時(shí)候是可頻繁地重編程的，EEPROM的壽命是一個(gè)很重要的設(shè)計(jì)考慮參數(shù)。

閃存（Flash）
閃存(FLASH)是一種非易失性存儲(chǔ)器，即斷電數(shù)據(jù)也不會(huì)丟失。因?yàn)殚W存不像RAM（隨機(jī)存取存儲(chǔ)器）一樣以字節(jié)為單位改寫數(shù)據(jù)，因此不能取代RAM。 　　
閃存卡（Flash Card）是利用閃存（Flash Memory）技術(shù)達(dá)到存儲(chǔ)電子信息的存儲(chǔ)器，一般應(yīng)用在數(shù)碼相機(jī)，掌上電腦，MP3等小型數(shù)碼產(chǎn)品中作為存儲(chǔ)介質(zhì)，所以樣子小巧，有如一張卡片，所以稱之為閃存卡。根據(jù)不同的生產(chǎn)廠商和不同的應(yīng)用，閃存卡大概有U盤、SmartMedia（SM卡）、Compact Flash（CF卡）、MultiMediaCard（MMC卡）、Secure Digital（SD卡）、Memory Stick（記憶棒）、XD-Picture Card（XD卡）和微硬盤（MICRODRIVE）。這些閃存卡雖然外觀、規(guī)格不同，但是技術(shù)原理都是相同的。

NAND FLASH和NOR FLASH都是現(xiàn)在用得比較多的非易失性閃存。
程序的執(zhí)行過(guò)程

執(zhí)行程序要將程序和數(shù)據(jù)裝入內(nèi)存。將用戶源程序變?yōu)榭稍趦?nèi)存中執(zhí)行的程序，通常需要以下幾個(gè)步驟：

編譯：由編譯程序?qū)⒂脩粼创a編譯成若干個(gè)目標(biāo)模塊。
鏈接：由鏈接程序?qū)⒕幾g后形成的一組目標(biāo)模塊，以及所需庫(kù)函數(shù)鏈接在一起，形成一個(gè)完整的裝入模塊。
裝入：由裝入程序?qū)⒀b入模塊裝入內(nèi)存運(yùn)行。

程序的鏈接又分為以下幾類：

靜態(tài)鏈接：程序在執(zhí)行前，將各個(gè)模塊以及它們需要用到的庫(kù)函數(shù)鏈接成可執(zhí)行文件.
裝入時(shí)動(dòng)態(tài)鏈接：程序在編譯完之后得到一組目標(biāo)模塊，在裝入內(nèi)存時(shí)鏈接在一起.
運(yùn)行時(shí)動(dòng)態(tài)鏈接：程序在運(yùn)行前還是離散的，在運(yùn)行時(shí)把運(yùn)行所需要的模塊鏈接在一起.

程序的裝入分為以下幾類：

絕對(duì)裝入：在編譯時(shí)，如果知道程序?qū)Ⅰv留在內(nèi)存的某個(gè)位置，編譯程序?qū)a(chǎn)生絕對(duì)地址的目標(biāo)代碼。絕對(duì)裝入程序按照裝入模塊中的地址，將程序和數(shù)據(jù)裝入內(nèi)存。由于程序中的邏輯地址與實(shí)際內(nèi)存地址完全相同，故不需對(duì)程序和數(shù)據(jù)的地址進(jìn)行修改。
可重定位裝入：在多道程序環(huán)境下，多個(gè)目標(biāo)模塊的起始地址通常都是從 0 開(kāi)始，程序中的其他地址都是相對(duì)于起始地址的,此時(shí)應(yīng)釆用可重定位裝入方式。根據(jù)內(nèi)存的當(dāng)前情況，將裝入模塊裝入到內(nèi)存的適當(dāng)位置。裝入時(shí)對(duì)目標(biāo)程序中指令和數(shù)據(jù)的修改過(guò)程稱為重定位，地址變換通常是在裝入時(shí)一次完成的，所以又稱為靜態(tài)重定位。
靜態(tài)重定位的特點(diǎn)是在一個(gè)作業(yè)裝入內(nèi)存時(shí)，必須分配其要求的全部?jī)?nèi)存空間，如果沒(méi)有足夠的內(nèi)存，就不能裝入該作業(yè)。此外，作業(yè)一旦進(jìn)入內(nèi)存后，在整個(gè)運(yùn)行期間不能在內(nèi)存中移動(dòng)，也不能再申請(qǐng)內(nèi)存空間。
動(dòng)態(tài)運(yùn)行時(shí)裝入，也稱為動(dòng)態(tài)重定位：程序在內(nèi)存中如果發(fā)生移動(dòng)，就需要釆用動(dòng)態(tài)的裝入方式。裝入程序在把裝入模塊裝入內(nèi)存后，并不立即把裝入模塊中的相對(duì)地址轉(zhuǎn)換為絕對(duì)地址，而是把這種地址轉(zhuǎn)換推遲到程序真正要執(zhí)行時(shí)才進(jìn)行。因此，裝入內(nèi)存后的所有地址均為相對(duì)地址。這種方式需要一個(gè)重定位寄存器的支持。
動(dòng)態(tài)重定位的特點(diǎn)是可以將程序分配到不連續(xù)的存儲(chǔ)區(qū)中；在程序運(yùn)行之前可以只裝入它的部分代碼即可投入運(yùn)行，然后在程序運(yùn)行期間，根據(jù)需要?jiǎng)討B(tài)申請(qǐng)分配內(nèi)存；便于程序段的共享，可以向用戶提供一個(gè)比存儲(chǔ)空間大得多的地址空間。

系統(tǒng)分區(qū)

內(nèi)存分為兩個(gè)區(qū)域，一個(gè)用來(lái)存放操作系統(tǒng)，一個(gè)用來(lái)存放用戶進(jìn)程，當(dāng)進(jìn)程調(diào)入內(nèi)存是我們需要為它分配一塊內(nèi)存空間，在這里我們采用的是連續(xù)內(nèi)存分配，一個(gè)進(jìn)程存放在連續(xù)的一段內(nèi)存空間內(nèi)。
內(nèi)存保護(hù)

內(nèi)存保護(hù)是為了防止用戶進(jìn)程影響操作系統(tǒng)或者用戶進(jìn)進(jìn)程影響其他進(jìn)程，操作系統(tǒng)通過(guò)采用重定位寄存器和界地址寄存器來(lái)實(shí)現(xiàn)這種保護(hù)，重定位寄存器里面包含最小物理地址，界地址寄存器包含最小的邏輯地址，每個(gè)進(jìn)程的邏輯地址必須小于界地址寄存器，內(nèi)存管理單元?jiǎng)討B(tài)地將邏輯地址與界地址進(jìn)行比較，若未發(fā)生越界，則再加上重定位寄存器里的地址值找到物理地址，再送到內(nèi)存單元。
連續(xù)內(nèi)存分配管理

為了能將程序裝入內(nèi)存，必須為它分配一定大小的內(nèi)存空間，連續(xù)分配是最早出現(xiàn)的一種存儲(chǔ)器分配方式·，該分配方式為用戶程序分配了一個(gè)連續(xù)的內(nèi)存空間，即程序的代碼或者數(shù)據(jù)的邏輯地址相鄰 ，體現(xiàn)在內(nèi)存空間分配時(shí)物理地址的相鄰。連續(xù)分配方式可分為四類：?jiǎn)我贿B續(xù)，固定分區(qū)分配，動(dòng)態(tài)分區(qū)分配以及可重定位分區(qū)分配（緊湊)算法四種方式：

單一連續(xù)分配。內(nèi)存此時(shí)分為系統(tǒng)區(qū)和用戶區(qū)，系統(tǒng)區(qū)只分配給操作系統(tǒng)使用，通常在低地址部分；用戶區(qū)為用戶提供。內(nèi)存中只有一道程序，也無(wú)需進(jìn)行內(nèi)存保護(hù)。無(wú)外部碎片但是有內(nèi)部碎片，且存儲(chǔ)器效率低下。
固定分區(qū)分配。將內(nèi)存空間劃分為若干個(gè)固定大小的區(qū)域，每個(gè)分區(qū)只能裝入一道作業(yè)。當(dāng)有空閑分區(qū)時(shí)，便可以再?gòu)耐獯娴暮髠渥鳂I(yè)隊(duì)列中，選擇適當(dāng)大小的作業(yè)裝入該區(qū)，分為（分區(qū)大小相等和分區(qū)大小不相等兩種方式）無(wú)外部碎片但是有內(nèi)部碎片（分區(qū)內(nèi)部有空間的浪費(fèi)），且存儲(chǔ)器效率低下，但是可存在多道程序，是用于多道程序并發(fā)執(zhí)行的最簡(jiǎn)單的內(nèi)存分配方式。

動(dòng)態(tài)分區(qū)分配。也成為可變分區(qū)分配，它不預(yù)先對(duì)內(nèi)存進(jìn)行劃分，而是在進(jìn)程裝入內(nèi)存時(shí)，根據(jù)進(jìn)程的大小動(dòng)態(tài)的建立分區(qū)，并使分區(qū)的大小正好適合進(jìn)程的需要，其分區(qū)的數(shù)目和大小是可變的。但是隨著時(shí)間的推移，很容易產(chǎn)生外部碎片，外部碎片指的是分區(qū)以外的存儲(chǔ)空間被浪費(fèi)
基于順序搜索的動(dòng)態(tài)分區(qū)分配算法：

首次適應(yīng)算法，空閑分區(qū)以地址遞增的方式鏈接，分配內(nèi)存時(shí)順序查找，找到大小滿足要求的第一個(gè)空閑分區(qū)，通常該算法是最快最好的也是最簡(jiǎn)單的。http://www.daiqiyang.com
最佳適應(yīng)算法，空閑分區(qū)以容量遞增形成分區(qū)鏈，找到第一個(gè)滿足要求的空閑分區(qū)，實(shí)際上新能不佳，因?yàn)槊看巫罴逊峙渫ǔ?huì)留下很小的難以利用的內(nèi)存塊，產(chǎn)生外部碎片。
最壞適應(yīng)算法，又稱大適應(yīng)算法，空閑分區(qū)以容量遞減形成分區(qū)鏈，找到第一個(gè)滿足要求的空閑分區(qū)，也就是挑選出大的分區(qū)性能較差，因?yàn)樗惴ㄩ_(kāi)銷也是需要考慮的一部分
鄰近適應(yīng)算法，又稱循環(huán)首次適應(yīng)算法，也就是從首次適應(yīng)算法中演變而來(lái)，不同的是，從上次查找結(jié)束的位置開(kāi)始繼續(xù)查找性能較差

分段和分頁(yè)機(jī)制

要理解分段和分頁(yè)，首先我們要知道為什么會(huì)出現(xiàn)分段和分頁(yè)這兩項(xiàng)技術(shù)；

首先我們要知道分段和分頁(yè)都是為了更好的管理計(jì)算機(jī)的資源--內(nèi)存。

在分段技術(shù)還沒(méi)出來(lái)之前，程序在內(nèi)存運(yùn)行之前都是先從內(nèi)存中尋找找到連續(xù)的一片地址空間，比如我們程序A需要10M的空間，那么就要從內(nèi)存空間里尋找出10M的地址空間，然后再把A裝入進(jìn)去，如果沒(méi)找到連續(xù)的空間，那么就不予分配。

從這里我們可以看出以前的內(nèi)存分配的缺點(diǎn)；

地址空間不隔離，假如我們兩個(gè)程序A和B，A存放在0x000001~0x0000999這個(gè)內(nèi)存空間，B存放在0X0001000~0x0001100這個(gè)空間里，那如果我們對(duì)A的操作地址0x0000500誤寫為0x0001050，那么我們不僅沒(méi)有對(duì)A實(shí)施正確的操作，還影響了程序B的執(zhí)行。
程序地址的不確定，因?yàn)槲覀儸F(xiàn)在都是對(duì)內(nèi)存地址直接操作，所以我們程序需要寫死要操作的某個(gè)內(nèi)存的地址，但是如果我們想要操作地址0x0000001000，我們就必須寫死我們要操作的地址為0x0000001000，但是這樣問(wèn)題來(lái)了，我們程序運(yùn)行時(shí)在內(nèi)存的地址在不同時(shí)候可能不一樣，比如我們第一次可能在內(nèi)存中的地址為0x0000000001~0x00000100000；那么我們第一次操作可能就沒(méi)有問(wèn)題，但是第二次運(yùn)行時(shí)他在內(nèi)存中的地址可能就變?yōu)?x000000100000~0x00000110000，那么我們第二次運(yùn)行是我們想要操作的地址根本程序占有的內(nèi)存里，我們可能又誤操作其他程序的數(shù)據(jù)了。
內(nèi)存使用率低，假如我們內(nèi)存大小為70M，我們有A B C三個(gè)程序在內(nèi)存中分別連續(xù)占20M  10M  30M的地址空間，當(dāng)我們B運(yùn)行完被置換出來(lái)時(shí)A和C中間就有10M的內(nèi)存空間，然后我們有大小為11M的程序D想要裝入內(nèi)存，然后它從內(nèi)存中尋找一個(gè)11M的連續(xù)地址空間，然后我找到了兩個(gè)10M的地址空間，但是它們是不連續(xù)的，所以程序沒(méi)辦法裝入內(nèi)存中，只能等待A或者C運(yùn)行完才能裝入，這樣這20M的內(nèi)存空閑地址就沒(méi)有被利用起來(lái)。

為了解決這些問(wèn)題，人們就去尋找一種辦法來(lái)解決它，所以分段技術(shù)就出來(lái)了：

為了實(shí)現(xiàn)分段技術(shù)，人們又引入了虛擬地址空間的概念，什么是虛擬地址空間呢，就是這個(gè)空間真實(shí)不存在，只是我們?yōu)榱烁玫夭僮魑锢淼刂范龅囊粋€(gè)概念，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是我們的程序在運(yùn)行前它的操作都是虛擬地址；例如，程序A的虛擬地址空間是0x00000100~0x100000200,此時(shí)，我們不僅需要一塊連續(xù)的物理內(nèi)存來(lái)存放A，還需要把A的虛擬地址映射到物理地址空間，可能A的虛擬地址空間是從0x00000100~0x100000200映射到物理地址空間0x00000000~0x00000100；

那么分段是什么呢？

分段機(jī)制就是把虛擬內(nèi)存組織成一些長(zhǎng)度可變的稱為段的內(nèi)存單元，通過(guò)段表來(lái)管理這些段，每個(gè)段定義了一組邏輯信息，每個(gè)程序可以有多個(gè)段，如數(shù)據(jù)段，代碼段等，每個(gè)段都是一段連續(xù)的地址空間，段的長(zhǎng)度由程序的大小決定，所以各個(gè)段的長(zhǎng)度不等，所以段的地址空間是二維的，由段首地址和段長(zhǎng)組成；

分段的作用是什么？

段的共享和保護(hù)：在這里我們講一下段的保護(hù)機(jī)制，段的保護(hù)機(jī)制分為越界檢查和權(quán)限檢查，越界檢查是段表寄存器中存放著段表信息，里面包括段的起始地址和段的長(zhǎng)度，在進(jìn)行存儲(chǔ)訪問(wèn)時(shí)，首先將邏輯地址空間的段號(hào)與段表長(zhǎng)度進(jìn)行比較，如果段號(hào)等于或大于段表長(zhǎng)度，將發(fā)出地址越界中斷信號(hào)，其次還要檢查段內(nèi)地址是否大于段長(zhǎng)，若大于段長(zhǎng)，將產(chǎn)生越界中斷信號(hào)，從而保證每個(gè)進(jìn)程只能在自己的地址空間運(yùn)行。權(quán)限檢查就是在段表的每個(gè)表項(xiàng)中，都設(shè)置了‘存取控制’字段，用于規(guī)定對(duì)該段的訪問(wèn)方式，通常的訪問(wèn)方式有只讀，只執(zhí)行，讀/寫。通過(guò)段保護(hù)和共享可以解決一個(gè)程序?qū)ζ渌绦虻挠绊懙膯?wèn)題。

段的地址變換機(jī)制：分段管理可以提供邏輯地址到物理地址的轉(zhuǎn)換，邏輯地址到物理地址通過(guò)地址映射表完成，所以只有虛擬地址沒(méi)有改變，那么我們就不需要關(guān)心程序在內(nèi)存的物理地址是什么，所以通過(guò)段的地址映射機(jī)制可以解決問(wèn)題2。

但是我們的問(wèn)題3還是沒(méi)有解決，內(nèi)存的利用率還是沒(méi)有解決，所以我們引出了分頁(yè)管理

分頁(yè)管理是把主存空間分為大小相等且固定的塊，塊的大小較小，作為主存的基本單位，頁(yè)表存儲(chǔ)著這些頁(yè)的基本信息，每個(gè)進(jìn)程對(duì)應(yīng)一個(gè)頁(yè)表，（進(jìn)程中的塊稱之為頁(yè)，主存中的塊稱為頁(yè)框，外存中稱之為塊，進(jìn)程在執(zhí)行時(shí)，向主存申請(qǐng)塊，就產(chǎn)生了頁(yè)與頁(yè)框的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系）如圖：

如何利用分頁(yè)機(jī)制解決外部碎片呢，我們利用分頁(yè)單元把一組非連續(xù)的空閑頁(yè)框映射到連續(xù)的線性地址，這樣他們?cè)谖锢砩喜贿B續(xù)但是在邏輯上是連續(xù)的，這樣就是有效的解決外部碎片問(wèn)題。

而在linux中采用了著名的伙伴算法來(lái)解決外部碎片問(wèn)題。把所有的空閑頁(yè)框分組為11個(gè)塊鏈表，每個(gè)鏈表分別包含大小為1,2,4,8,16,32,64,128,256,512,1024個(gè)連續(xù)的頁(yè)框，對(duì)1024個(gè)頁(yè)框的大請(qǐng)求對(duì)應(yīng)著4MB大小的連續(xù)RAM（每頁(yè)大小為4KB），每個(gè)塊的第一個(gè)頁(yè)框的物理地址是該塊大小的整數(shù)倍，例如，大小為16個(gè)頁(yè)框的塊，其起始地址是16*2^12的倍數(shù)。
我們通過(guò)一個(gè)例子來(lái)說(shuō)明伙伴算法的工作原理，假設(shè)現(xiàn)在要請(qǐng)求一個(gè)256個(gè)頁(yè)框的塊（1MB），算法步驟如下：
? 在256個(gè)頁(yè)框的鏈表中檢查是否有一個(gè)空閑快，如果沒(méi)有，查找下一個(gè)更大的塊，如果有，請(qǐng)求滿足。
? 在512個(gè)頁(yè)框的鏈表中檢查是否有一個(gè)空閑塊，如果有，把512個(gè)頁(yè)框的空閑塊分為兩份，第一份用于滿足請(qǐng)求，第二份鏈接到256個(gè)頁(yè)框的鏈表中。如果沒(méi)有空閑塊，繼續(xù)尋找下一個(gè)更大的塊。如圖：

以上過(guò)程的逆過(guò)程，就是頁(yè)框塊的釋放過(guò)程，也是該算法名字的由來(lái)，內(nèi)核試圖把大小為B的一對(duì)空閑伙伴塊合并為一個(gè)2B的單獨(dú)塊，滿足以下條件的兩個(gè)塊稱之為伙伴：
? 兩個(gè)塊具有相同的大小http://www.daiqiyang.com
? 他們的物理地址是連續(xù)的
第一塊的第一個(gè)頁(yè)框的物理地址是2 B 2^12
該算法是遞歸的，如果它成功合并了B，就會(huì)試圖去合并2B，以再次試圖形成更大的塊。

分段和分頁(yè)是區(qū)別：

1、分頁(yè)機(jī)制會(huì)使用大小固定的內(nèi)存塊，而分段管理則使用了大小可變的塊來(lái)管理內(nèi)存。

2、分頁(yè)使用固定大小的塊更為適合管理物理內(nèi)存，分段機(jī)制使用大小可變的塊更適合處理復(fù)雜系統(tǒng)的邏輯分區(qū)。

3、段表存儲(chǔ)在線性地址空間，而頁(yè)表則保存在物理地址空間。

4，分頁(yè)的作業(yè)地址空間是一維的，即單一的線性空間，程序員只須利用一個(gè)記憶符（線性地址的16進(jìn)制表示），即可表示一地址。

分段的作業(yè)地址空間是二維的，程序員在標(biāo)識(shí)一個(gè)地址時(shí)，既需給出段名（比如數(shù)據(jù)段、代碼段和堆棧段等），又需給出段內(nèi)地址。

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新聞標(biāo)題：操作系統(tǒng)概述（二）-創(chuàng)新互聯(lián)
文章轉(zhuǎn)載：http://www.muchs.cn/article36/dgiesg.html

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