漫話內(nèi)存管理

1、漫話內(nèi)存治理任何程序的運(yùn)行都需要占用系統(tǒng)資源,資源包括很多方面,其中一種就是內(nèi)存資源,我們知道 內(nèi)存就像是廚房里的垃圾桶,無(wú)論多么 大,永遠(yuǎn)是一種稀缺資源,所以一個(gè)好的內(nèi)存治理算法對(duì)操作系統(tǒng) 來(lái)說(shuō)十分重要.而所謂的內(nèi)存治理就是用戶程序向系統(tǒng)發(fā)出內(nèi)存申 請(qǐng)以后,操作系統(tǒng)根據(jù)某種策略為其分配內(nèi)存空間的一個(gè)過(guò)程.打一個(gè)比方,如果把 內(nèi)存"看成一家銀行,那么申請(qǐng)空間的 進(jìn)程就 是前來(lái)銀行貸款的人,內(nèi)存資源就是我們的錢(qián).內(nèi)存和人民幣除了都很緊俏以外還有一個(gè)很相似的地方：內(nèi)存單元一般是以2的k次方為固定大小,而人民幣的面值為 1、2、5、10、20、50、100,也是2倍地在遞增,除了 5和50

2、,由于我們的手指有五根.下面看看到以下這些銀行在治理資金時(shí)都采取了什么策略.窮人銀行窮人銀行采取的策略是固定尺寸的分配而下面幾所銀行在分配內(nèi)存時(shí)那么不固定內(nèi)大小,也就是所謂的動(dòng)態(tài)分配,即無(wú)論來(lái)銀行貸款的人想貸多少,銀行一律都借10元,即在分配內(nèi)存時(shí)不考慮進(jìn)程的實(shí)際需要分配一段固定大小的空間,這種算法的缺點(diǎn)是顯而易見(jiàn)的,10元并不能滿足所有客戶的需要,反映在計(jì)算機(jī)上就是一些大的程序無(wú)法運(yùn)行,而且如果有人只想貸 1元,那么剩下9元錢(qián)對(duì) 銀行來(lái)說(shuō)就浪費(fèi)了,這在內(nèi)存治理中被稱為內(nèi)部碎片,與之對(duì)應(yīng)的是外部碎片,它是指銀行寧可把錢(qián)閑置,也絕對(duì)不多給用戶一個(gè)子兒,現(xiàn)實(shí)中絕大多數(shù)商家和銀行都采用這種思想.再回

3、過(guò)頭來(lái)看窮人銀行,盡管它可能會(huì)因此失去那些大客戶,但是對(duì)于窮人們而言,借款和還款的治理是十分方便的,假設(shè)今天銀行準(zhǔn)備了100元,那么很快就可以估計(jì)出總的總的容量就是 10 ,而且銀行一旦收到還款 轉(zhuǎn)手就可以借給新的客戶,十分方便.諾貝爾和平獎(jiǎng)金得主尤爾斯 曾開(kāi)過(guò)一家窮人銀行,當(dāng)然和我說(shuō)的這家沒(méi)多大關(guān)系.牛奶卡銀行這所銀行用一張卡片來(lái)記錄當(dāng)天的交易情況,卡片上的每個(gè)格子都代表了 10元人民幣一共200,和我小時(shí)候用過(guò)的牛奶卡很像：Memory CardA欲貸款40元,銀行的工作人員劃掉4個(gè)格子,然后從金庫(kù)里取40元給他,牛奶卡變成下面這個(gè)樣子：Memory CardAAAa1B貸款20元,再劃2

4、個(gè)格子:Memory CardAAAABBC又貸款100元,劃10個(gè)格子:Memory CardAAAACCcCCc-cCcC這時(shí)如果D要借50元,工作人員一看卡上找不到連續(xù)的 5個(gè)格子了,于是告訴D:沒(méi)有50元了,只剩下20元或40元,您要哪種？ 一-這里的20和40就是所謂的外部碎片,導(dǎo)致它的罪魁禍?zhǔn)妆闶莾?nèi)存的連續(xù)分配,或者說(shuō)銀行工作人員的£根筋,下面的兩家銀行用離散分配的方法成功地解決了外部碎片的問(wèn)題.零錢(qián)銀行這家銀行把每天準(zhǔn)備20張5塊錢(qián)零錢(qián)進(jìn)行交易,如果客戶想要貸 款22元,就給他25元,其中3元作為內(nèi)部碎片被浪費(fèi)掉,如果進(jìn) 一步縮小交易的最小面額,比方使用2元,那么可以減

5、少這種浪費(fèi),但同時(shí)加大了后期化零為整的難度.這種離散分配的方式就是現(xiàn)代 操作系統(tǒng)普遍采用的分頁(yè)治理機(jī)制,由于程序的邏輯地址仍舊需要 連續(xù),因此在轉(zhuǎn)換成物理地址時(shí)需要進(jìn)行地址映射,換句話說(shuō)客戶 不希望拿到手的是零錢(qián),于是銀行需要雇個(gè)小工內(nèi)存治理單元 去隔壁的超市換錢(qián)內(nèi)存映射.雖然零錢(qián)提升了資金的利用率,但是它并不適合那些VIP客戶,比方操作系統(tǒng)的內(nèi)核程序,如果程 序分布在離散的頁(yè)面上,那么程序在運(yùn)行過(guò)程中就要屢次查詢頁(yè)表, 增加訪存時(shí)間.普通銀行最后來(lái)看一所最普通的銀行所采取的策略,那就是把1元2元5元所有這些面額的錢(qián)都準(zhǔn)備個(gè)幾份,如果有零錢(qián)就給零錢(qián),小 面額的錢(qián)用完了就想方法把大面額的錢(qián)找開(kāi)來(lái),至于怎么找？就是 對(duì)分,100換成兩張50, 20換成兩張10,反過(guò)