如何做企业的网站,怎么做公众号微信,最珠海app下载安卓版,wordpress wp signon0 内存
cpu和内存的关系
内存覆盖
内存的覆盖是一种在程序运行时将部分程序和数据分为固定区和覆盖区的技术。这种技术的主要目的是为了解决程序较大#xff0c;无法一次性装入内存导致无法运行的问题。
具体来说#xff0c;内存的覆盖技术将用户空间划分为以下两个部分无法一次性装入内存导致无法运行的问题。
具体来说内存的覆盖技术将用户空间划分为以下两个部分 固定区 存放程序的经常活跃的部分这部分内容在程序运行的整个生命周期内都常驻内存中不发生变化。 覆盖区 将程序的其他部分按照调用关系分段首先将即将要访问的段放入覆盖区而其他段则放在外存中。在需要调用未在覆盖区的段之前系统会将其调入覆盖区替换覆盖区中原有的段从而实现对程序和数据的动态调度。
内存覆盖技术的特点 灵活性 允许程序只在需要时才将特定部分调入内存而不是一次性装入整个程序。这提高了内存的利用效率。 节省内存空间 由于只有活跃部分才会常驻内存可以在有限的内存空间中运行较大的程序。 实现动态调度 能够根据程序运行时的调用关系动态地将程序和数据调入内存避免了全部加载到内存的限制。 需要注意更新的范围 内存中能够更新的地方主要是覆盖区的段因为不在覆盖区的段是常驻内存的不会随着程序的执行而改变。
总体而言内存的覆盖技术提供了一种灵活的方式使得较大的程序能够在有限的内存空间中运行并在需要时动态地调度程序和数据。
内存交换
内存交换是一种操作系统采用的技术用于在内存紧张时进行动态的进程调度将部分进程从内存中暂时换出以便腾出空间供其他进程运行。同时将一些已具备运行条件的进程从外存磁盘等调入内存实现内存资源的动态调度。
特点 解决内存紧张问题 内存交换的主要目的是解决内存空间不足的问题。当系统中运行的进程过多导致内存中的页面频繁发生缺页中断时系统可以考虑进行内存交换将部分进程换出到外存腾出内存空间。 动态调度进程 交换技术允许系统根据进程的运行状态和优先级动态地在内存和外存之间进行调度。这样即使内存中无法容纳所有进程也可以根据需要调入最需要运行的进程。 换入和换出 内存交换包括两个主要阶段即换入和换出。换入是将准备运行的程序从外存移到内存而换出是将一些处于等待状态的程序从内存移到外存。这样可以灵活地控制内存中的进程。 系统负荷降低时暂停 内存交换通常在系统负荷较大、内存不足的情况下进行。一旦通过内存交换腾出足够的空间系统负荷下降缺页率明显下降就可以考虑暂停内存交换避免频繁地进行换入和换出以提高系统性能。
1 虚拟内存
虚拟技术
主要有两种虚拟技术时时间分复用技术和空空间分复用技术。
多进程与多线程多个进程能在同一个处理器上并发执行使用了时分复用技术让每个进程轮流占用处理器每次只执行一小个时间片并快速切换。
虚拟内存使用了空分复用技术它将物理内存抽象为地址空间每个进程都有各自的地址空间。地址空间的页被映射到物理内存地址空间的页并不需要全部在物理内存中当使用到一个没有在物理内存的页时执行页面置换算法将该页置换到内存中。
why 目的 虚拟内存的主要目的是将有限的物理内存扩充成更大的逻辑内存空间使得程序能够运行更大的程序或多个程序同时运行。它为每个程序提供了独立的地址空间让每个程序都认为它在独占地使用整个内存。 地址空间和页面 操作系统将每个程序的地址空间分割成多个块通常称为页面。这些页面可以映射到物理内存但不要求页面必须连续也不要求所有页面都必须在物理内存中。 缺页中断 当程序引用不在物理内存中的页面时会发生缺页中断。硬件会触发必要的映射将缺失的页面加载到物理内存中然后重新执行引起缺页的指令。 允许部分加载 虚拟内存允许程序只加载部分地址空间到物理内存中而不是一次性将整个程序加载。这使得大型程序能够在有限的物理内存中运行因为只有程序当前执行的部分需要在内存中。
分段和分页
分段Segmentation
好处
产生连续的内存空间便于程序设计和管理。每个段可以独立调整权限提高了系统的安全性。
问题
外部内存碎片由于分段机制产生的连续内存空间导致了外部内存碎片使得分配内存的效率降低。内存交换效率低当需要进行内存交换时可能需要写入或者从磁盘装载整个段造成浪费。
分段机制将程序的虚拟地址分成若干个逻辑分段每个分段具有不同的属性如代码分段、数据分段、栈段、堆段等。这种机制使用段选择因子和段内偏移量构成虚拟地址。 段选择因子和段内偏移量 段选择子 存储在段寄存器中主要包含段号用作段表的索引。段表中保存了段的基地址、界限、特权级等信息。虚拟地址 由段选择因子和段内偏移量组成。段内偏移量必须在0到段界限之间合法如果是合法的就可以通过将段基地址与段内偏移量相加得到物理内存地址。 解决程序不需要关心具体物理地址的问题 分段机制通过将虚拟地址映射到物理地址使得程序无需关心具体的物理内存地址提高了程序的抽象性和可移植性。
优点
段内连续 不足之处 内存碎片问题 外部碎片 分段机制容易导致外部碎片不同长度的段在内存中分布可能导致未分配空间的零散浪费。解决方案 使用分页机制可以减少外部碎片问题。 内存交换效率低 页错误开销 当访问的段不在内存中时会引起页错误需要进行页面调度导致性能开销。解决方案 分页机制相对更适合处理内存交换因为它可以更细粒度地调度页面。 分页Paging
好处
解决了外部内存碎片问题页与页之间是紧密排列的避免了外部内存碎片。更灵活的内存交换内存分页机制以页为单位进行内存的交换可以更加灵活地进行页面的读写。
问题
内部内存碎片分页机制分配内存的最小单位是一页可能会导致内部内存碎片。 置换算法
页错误
操作系统中的页面错误Page Fault是指在虚拟内存系统中当程序访问一个尚未加载到物理内存中的虚拟页面页时操作系统会产生的一种异常情况。页面错误通常是由于程序试图访问虚拟内存中的某个部分但该部分尚未被加载到物理内存中因此操作系统需要执行以下步骤来处理页面错误 异常触发当程序访问虚拟内存中的某个页时如果该页尚未加载到物理内存中就会触发一个页面错误异常。 操作系统介入操作系统会捕获页面错误异常并将控制权从用户程序切换到内核态以便处理异常。 页面加载操作系统负责将所需的页面从磁盘或其他次级存储设备加载到物理内存中的空闲页框中。这个过程可能会导致其他页面被换出到次级存储设备以腾出空间。 页表更新操作系统会更新虚拟内存到物理内存的映射关系以便将虚拟地址映射到新加载到物理内存中的页面。 恢复用户程序一旦所需的页面被加载到物理内存中操作系统将控制权返回给用户程序并允许其继续执行。用户程序可以重新访问所需的页面这次访问将成功因为页面已经加载到物理内存中。 逻辑转物理
页号、页内偏移量--是否越界
内存块号
物理地址 页表和快表
页表Page Table 定义 页表是一种数据结构用于存储虚拟地址空间和物理地址空间之间的映射关系。每个进程都有自己的页表用于将其虚拟地址映射到物理地址。 工作原理 当程序访问虚拟内存时操作系统会使用页表查找虚拟地址对应的物理地址。页表的条目记录了虚拟页号和物理页号的映射关系。如果某个虚拟页不在内存中发生缺页中断操作系统会将相应的物理页加载到内存更新页表。 缺点 随着地址空间的增大页表可能变得非常庞大占用大量内存。为了解决这个问题通常会采用多级页表结构。
快表Translation Lookaside BufferTLB 定义 快表是一种高速缓存用于存储页表中的部分映射关系。它位于CPU和主存之间加速虚拟地址到物理地址的转换过程。 工作原理 当CPU访问虚拟内存时先在TLB中查找虚拟地址和物理地址的映射关系。如果在TLB中找到了映射关系TLB命中则直接使用这个映射避免了对页表的访问。如果未命中则需要访问页表并将映射关系加载到TLB中。 优势 TLB的速度远高于内存访问速度因此能够显著提高虚拟内存的访问性能。TLB的大小通常较小因为只存储了部分页表的映射关系。 TLB Miss 当TLB未命中时可能导致TLB Miss需要从页表中加载映射关系。这时会引起额外的访问延迟。
有快表和每快表的区别
一般情况下 算页号、页内偏移量 这一步主要是进行计算并不涉及实际的内存访问。因此这一步没有访存操作。 检查页号合法性 同样这一步仅涉及对计算出的页号进行检查也不涉及实际内存访问。因此这一步没有访存操作。 查页表找到页面存放的内存块号 在这一步需要访问页表将虚拟地址的页号映射到物理地址的内存块号。这一步涉及实际的内存访问因为页表通常存储在内存中。所以这一步有一次访存操作。 根据内存块号与页内偏移量得到物理地址 这一步涉及将内存块号与页内偏移量合并计算出完整的物理地址。在这个过程中通常不需要再次访问内存因为前面已经通过页表查找得到了内存块号。所以这一步没有额外的访存操作。 访问目标内存单元 最后一步是实际的内存访问根据前面得到的物理地址读取或写入目标内存单元。这一步有一次访存操作。
有快表
先查快表再查页表少一次 2 内存管理
malloc 原理
在执行malloc申请内存的过程中操作系统通过两个主要的系统调用来实现动态内存分配brk和mmap。 brk系统调用 brk系统调用用于扩展或缩小进程的数据段heap。当进程需要更多的堆内存时它调用brk来增加数据段的大小。这会使数据段的末尾地址向高地址移动为进程提供更多的可用堆空间。这个过程实际上是在调整数据段的结束地址将其扩展到新的边界。 mmap系统调用 mmap系统调用用于在进程的地址空间中映射一段虚拟内存区域到某个文件或设备或者是匿名映射。当malloc需要分配大块内存时通常会使用mmap而不是依赖于brk。使用mmap可以映射一块连续的虚拟内存而不需要连续的物理内存。这对于大型分配来说更为高效因为mmap不会产生内存碎片。
通常操作系统在处理malloc时会根据请求的内存大小选择使用brk还是mmap。小型分配可能会使用brk而大型分配则可能使用mmap。
内存池复用
为什么使用
内存池是一种管理和分配内存的机制通过事先分配一块固定大小的内存块池在需要使用内存时直接从内存池中分配而不是通过常规的内存分配方式如malloc动态申请内存。内存池的使用有多个优点 减少内存碎片 内存池分配的内存块大小是固定的避免了内存碎片的产生。在长时间运行的程序中内存碎片可能导致系统性能下降。 提高分配速度 内存池事先分配好一块固定大小的内存当需要分配内存时直接从内存池中获取避免了频繁的系统调用和内存分配操作提高了分配速度。 降低内存分配的开销 内存分配操作本身会涉及到一些开销例如锁的获取、内存初始化等。内存池可以通过预先分配、缓存等方式降低这些开销。系统调用 提高内存的重复利用 内存池中的内存块可以被重复利用不需要频繁地释放和重新分配内存。这对于一些长时间运行的服务或程序来说能够提高内存的重复利用率。 控制内存的分配策略 内存池允许程序员灵活控制内存的分配和释放策略适应不同的应用场景。
