02-内存管理
Windows核心编程-内存管理
使用虚拟内存
虚拟内存，最适合用来管理大型对象或 结构数组。 内存映射文件，最适合用来管理大型数 据流（通常来自文件）以及在单个计算 机上运行的多个进程之间共享数据。 内存堆栈，最适合用来管理大量的小对 象。
使用虚拟内存－VirtualAlloc
通过调用Vi r t u a l A l l o c函数，可以在进程的地址空间 中保留一个区域： LPVOID VirtualAlloc(
内存管理
当一个进程中的线程试图将数据写入一个共享内存块 时，系统就会进行干预，并执行下列操作步骤：
1) 系统查找R A M中的一个空闲内存页面。注意，当该模块 初次被映射到进程的地址空间时，该空闲页面将被页文件 中已分配的页面之一所映射。当该模块初次被映射时，由 于系统要分配所有可能需要的页文件，因此这一步不可能 运行失败。 2) 系统将试图被修改的页面内容拷贝到第一步中找到的页 面。该空闲页面将被赋予PA G E _ R E A D W R I T E或 PA G E _ E X E C U T E _ R E A D W R I T E保护属性。 原始页面的保护属性和数据不发生任何变化。 3) 然后系统更新进程的页面表，使得被访问的虚拟地址被 转换成新的R A M页面。
使用虚拟内存－提交
始终设法进行物理存储器的提交。每次调用Vi r t u a l A l l o c函数的时候，不要查看物理存储器是否已经映 射到地址空间区域的一个部分，而是让你的程序设法 进行内存的提交。系统首先查看内存是否已经被提交， 如果已经提交，那么就不要提交更多的物理存储器。 这种方法最容易操作，但是它的缺点是每次改变C E L L D ATA结构时要多进行一次函数的调用，这会使程 序运行得比较慢。 使用Vi r t u a l Q u e r y函数确定物理存储器是否已经 提交给包含C E L L D ATA结构的地址空间。如果已经 提交了，那么就不要进行任何别的操作。如果尚未提 交，则可以调用Vi r t u a l A l l o c函数以便提交内存。 这种方法实际上比第一种方法差，它既会增加代码的 长度，又会降低程序运行的速度（因为增加了对Vi r t u a l A l l o c函数的调用）。
操作系统ppt课件完整版
分时操作系统
分时操作系统采用时间片轮转的方式处理 多个用户的请求，保证了每个用户都能得 到及时的响应。
网络操作系统
网络操作系统具有强大的网络管理功能， 支持多种网络协议和网络服务，使得计算 机网络更加高效、可靠、安全。
实时操作系统
实时操作系统能够在规定的时间内对外部 输入的信息做出处理，并控制所有实时设 备和实时任务协调一致地工作。
动态分区
根据作业的大小动态地建 立分区，使分区大小正好 适应作业的需要。
分区的分配与回收
采用一定的算法将空闲分 区分配给请求者，当作业 完成后将作业占用的分区 回收。
页式存储管理
01 02
基本思想
将程序的逻辑地址空间划分为固定大小的页，而物理内存划分为同样大 小的页框。程序加载时，可将任意一页放入内存中任意一个页框，实现 离散分配。
中断处理的概念
中断处理是指当设备发出中断请求时，CPU暂 停当前任务并转去处理中断请求的过程。
ABCD
设备驱动程序的功能
包括设备的初始化、设备的打开和关闭、设备的 读写以及设备的状态查询等。
中断处理的流程
包括中断请求的响应、中断服务程序的执行以及 中断返回等步骤。
06
操作系统安全与保护
操作系统安全概述
THANKS
感谢观看
访问控制与安全策略
访问控制机制
操作系统通过用户认证、文件权限、访问控制列表（ACL）等机制 实现访问控制，防止未经授权的访问。
安全策略实施
操作系统应实施强制访问控制（MAC）、自主访问控制（DAC） 等安全策略，确保只有经过授权的用户才能访问敏感资源。
审计与监控
操作系统应具备审计和监控功能，记录用户的操作行为，以便事后分 析和追责。
操作系统复习存储器管理
第一章 存储器管理4.1 存储器的层次结构—存储器应容量大,便宜,速度跟上处理器4.1.1 多级存储器结构通常有三层,细分为六层,如图4-1, 越往上,速度越快,容量越小,价格越贵; 寄存器和主存又称可执行存储器,进程可直接用指令访问,辅存只能用I/O 访问;4.1.2 主存储器与寄存器1.主存储器---内存,保存进程运行时的程序和数据;CPU与外围设备交换的信息一般也依托于主存储器地址空间;为缓和访存速度远低于CPU 执行指令的速度,在计算机系统中引入了寄存器和高速缓存;2.寄存器---与CPU 协调工作,用于加速存储器的访问速度,如用寄存器存放操作数,或用地址寄存器加快地址转换速度等;4.1.3 高速缓存和磁盘缓存1.高速缓存---根据程序执行的局部性原理将主存中一些经常访问的信息程序、数据、指令等存放在高速缓存中,减少访问主存储器的次数,可大幅度提高程序执行速度;2.磁盘缓存---将频繁使用的一部分磁盘数据和信息,暂时存放在磁盘缓存中,可减少访问磁盘的次数;它依托于固定磁盘,提供对主存储器存储空间的扩充,即利用主存中的存储空间,来暂存从磁盘中读/写入的信息;4.2 程序的装入和链接多道程序运行,需先创建进程;而创建进程第一步是将程序和数据装入内存;将源程序变为可在内存中执行的程序,通常都要经过以下几个步骤：编译---若干个目标模块；链接---链接目标模块和库函数,形成装入模块；装入---图 4-2 对用户程序的处理步骤寄存器高速缓存主存磁盘缓存磁盘可移动存储介质CPU 寄存器主存辅存第一步第二步第三步内存4.2.1 程序的装入——无需连接的单目标模块装入理解装入方式1. 绝对装入方式Absolute Loading Mode ---只适用单道程序环境如果知道程序的内存位置,编译将产生绝对地址的目标代码,按照绝对地址将程序和数据装入内存;由于程序的逻辑地址与实际内存地址完全相同,故不须对程序和数据的地址进行修改;绝对地址：可在编译时给出或由程序员直接赋予;若由程序员直接给出,不利于程序或数据修改,因此,通常是在程序中采用符号地址,然后在编译或汇编时转换为绝对地址;2. 可重定位装入方式Relocation Loading Mode ---适于多道程序环境多道程序环境下,编译程序不能预知目标模块在内存的位置;目标模块的起始地址是0,其它地址也都是相对于0计算的;此时应采用可重定位装入方式,根据内存情况,将模块装入到内存的适当位置,如图4-3 作业装入内存时的情况 ;3.动态运行时装入方式Dynamic Run-time Loading ---适于多道程序环境可重定位装入方式并不允许程序运行时在内存中移动位置;但是,在运行过程中它在内存中的位置可能经常要改变,此时就应采用动态运行时装入方式;动态运行时的装入程序,在把装入模块装入内存后,并不立即把装入模块中的相对地址转换为绝对地址,而是把这种地址转换推迟到程序真正执行时才进行;因此,装入内存后的所有地址都仍是相对地址;问题：程序装入内存后修改地址的时机是什么4.3 连续分配方式4.3.3 动态分区分配——根据进程需要动态分配内存1. 分区分配中的数据结构1 空闲分区表—用若干表目记录每个空闲分区的分区序号、分区始址及分区的大小等数据项;2 空闲分区链--为实现对空闲分区的分配和链接,在每分区起始部分,设置前向指针,尾部则设置一后向指针;为检索方便,在分区前、后向指针中,重复设置状态位和分区大小表目;当分0内存空间区被分配后,把状态位由“0”改为“1”时,前、后向指针失去意义;图 4-5 空闲链结构2. 分区分配算法P1231首次适应算法first-fit —空闲分区链以地址递增次序链接 每次按分区链的次序从头查找,找到符合要求的第一个分区;2 循环首次适应算法—FF 算法的变种从上次找到的空闲分区位置开始循环查找,找到后,修改起始查找指针; 3 最佳适应算法—空闲分区按容量从小到大排序 把能满足要求的、最小的空闲分区分配给作业 4 最坏适应算法——空闲分区按容量从大到小排序 挑选最大的空闲区分给作业使用；5) 快速适应算法—根据容量大小设立多个空闲分区链表3. 分区分配操作1.分配内存请求分区u.size; 空闲分区m.size; m.size-u.size ≤size,说明多余部分太小, 不再切割,将整个分区分配给请求者；否则从该分区中划分一块请求大小的内存空间,余下部分仍留在空闲分区链;如图4-6 内存分配流程;2.回收内存1 回收区与插入点的前一空闲分区F1相邻：合并,修改F1大小;2 回收区与后一空闲分区F2相邻：合并,修改首地址和大小;3 回收区同时与前、后两个分区邻接：合并,修改F1大小,取消F2;4 回收区不邻接：新建表项,填写首地址和大小,并插入链表;如图前向指针N ＋20N 个字节可用后向指针N ＋2图 4-6 内存分配流程4.3.6 可重定位分区分配1．动态重定位的引入例：在内存中有四个互不邻接的小分区,容量分别为10KB 、30KB 、14KB 和26KB;若现有一作业要获得40KB 的内存空间,因连续空间不足作业无法装入;可采用的一种解决方法是：通过移动内存中作业的位置,以把原来多个分散的小分区拼接成一个大分区的方法,称为“拼接”或“紧凑;由于用户程序在内存中位置的变化,在每次“紧凑”后,都必须对移动了的程序或数据进行重定位;图 4-8 紧凑的示意4.3.7 对换即中级调度1. 对换Swapping 的引入(a ) 紧凑前(b ) 紧凑后“活动阻塞”进程占用内存空间；外存上的就绪作业不能进入内存运行;所谓“对换”,是指把内存中暂时不能运行的进程或者暂时不用的程序和数据,调出到外存上,以便腾出足够的内存空间；再把已具备运行条件的进程或所需要的程序和数据,调入内存;对换是提高内存利用率的有效措施;根据对换单位可分为：进程对换、页面对换和分段对换;为了能实现对换,系统应具备以下三方面功能：对换空间的管理、进程的换出与换入2. 进程的换出与换入1进程的换出选择阻塞且优先级最低的进程,将它的程序和数据传送到磁盘对换区上;回收该进程所占用的内存空间,并对该进程的进程控制块做相应的修改;2进程的换入找出“就绪” 但已换出到磁盘上时间最久的进程作为换入进程,将之换入,直至已无可换入的进程;4.4 基本分页存储管理方式前面的连续分配方案会形成许多“碎片”,“紧凑”方法可以解决碎片但开销大;是否允许进程离散装入 离散单位不同,称分页式存储和分段式存储;不具备对换功能称为“基本分页式”,支持虚拟存储器功能称为“请求基本分页式”;4.4.1 页面与页表1. 页面1 页面和物理块---将进程的逻辑地址空间分成若干个大小相等的片,称为页面,并为各页编号;相应地把内存空间分成与页面相同大小的若干个存储块,称为物理块,也同样编号;分配时,将进程中的页装入到物理块中,最后一页经常装不满一块而形成 “页内碎片”;2 页面大小---页面的大小应选择适中;页面太小,内存碎片减小,利用率高；但页表过长,占大量内存;页面较大,页表长度小；但页内碎片大;因此,页面的大小应选择得适中,且页面大小应是2的幂,通常为512 B~8 KB;2. 地址结构分页地址中的地址结构如下：31 12 11 0它含有两部分：页号P12～31位,最多有1M 页和页内位移量W0～11位,每页的大小4KB ； 对某特定机器,其地址结构是一定的;若给定一个逻辑地址空间中的地址为A,页面的大小为L,则页号P 和页内地址d 可按下式求得：MODL A d L A INT P ][=⎥⎦⎤⎢⎣⎡=3. 页表---实现从页号到物理块号的地址映射用户程序0 页1 页2 页3 页4 页5 页…n 页页表内存4.4.2 地址变换机构任务：将逻辑地址转换为物理地址；页内地址变换:因页内地址与物理地址一一对应, 可直接转换；页号变换：页表可实现从逻辑地址中页号到内存中物理块号的变换； 1．基本的地址变换机构a. 页表功能可由一组专门的寄存器实现原理；b. 页表大多驻留内存,系统中只设置一页表寄存器来存放页表在内存的始址和页表长度实际操作；c. 进程未执行时,页表始址和长度存放在PCB 中;执行时才将这两个数据装入页表寄存器中过程;图 4-12 分页系统的地址变换机构2. 具有快表的地址变换机构a. 仅用页表寄存器时,CPU 每存取一数据要两次访问内存页表-地址变换-数据；b. 为提高地址变换速度,可在地址变换机构中增设一具有并行查寻能力的特殊高速缓冲寄存器用以存放当前访问的那些页表项,称为“快表”;c. ->在CPU 给出逻辑地址,将页号P 送入快表 ->页号匹配,读物理块号后送物理地址寄存器->无匹配页号,再访问内存中页表,把从页表项中读出的物理块号送地址寄存器；同时,再将此页表项存入到快表中;->如快表已满,则OS 须找到一换出页表项换出; 为什么增加“快表”为了提高地址变换速度,可在地址变换机构中增设一个具有并行查寻能力的特殊高速缓冲寄存器,又称为“联想寄存器”Associative Memory,或称为“快表 “快表”有何缺点越界中断图 4-13 具有快表的地址变换机构4.5 基本分段存储管理方式4.5.1 分段存储管理方式的引入为什么引入推动内存从固定分配到动态分配直到分页存储,主要动力是内存利用率,而引入分段存储管理方式,主要是为了满足用户和程序员的下述一系列需要：1方便编程---把作业按逻辑关系划分为若干段,每段有自己的名字和长度,并从0开始编址;LOAD 1,A|<D>; STORE 1,B|<C>2 信息共享---段是信息的逻辑单位;为实现共享,存储管理应与用户程序分段的组织方式相适应;3 信息保护---对信息的逻辑单位进行保护,应分段管理;4 动态增长---分段存储能解决数据段使用过程中动态增长;5 动态链接---运行过程中动态调入以段为单位的目标程序;4.5.2 分段系统的基本原理1. 分段作业划分为若干段,如图4-16,每个段用段号来代替段名,地址空间连续;段的长度由逻辑信息长度决定,因而各段长度不等;其逻辑地址由段号段名和段内地址所组成,结构如下： 31 16 15 0该地址结构中,允许一个作业最多有64K 个段,每个段的最大长度为64KB;编译程序能自页表寄存器逻辑地址L 物理地址动根据源程序产生若干个段;2.段表,其中每段占一个表项,中;图4-16 利用段表实现地址映射3.分页和分段的主要区别1 页是信息的物理单位,分页是为提高内存的利用率,是为满足系统管理的需要;段则是信息的逻辑单位,分段是为了能更好地满足用户的需要;2 页的大小固定且分页由系统硬件实现；而段的长度不固定,通常由编译程序根据信息的性质来划分;3 分页的作业地址空间是一维的,程序只需一个地址记忆符；而分段的作业地址空间是二维的,程序员既需给出段名,又需给出段内地址;4.5.3 信息共享可重入代码纯代码:允许多个进程同时访问的代码;绝对不允许可重入代码在执行中改变,因此,不允许任何进程修改它;4.5.4 段页式存储管理方式1.基本原理---,,,4KB;作业空间内存空间子程序段数据段(a)段号(S)段内页号(P)页内地址(W)(b)主程序段图4-21 利用段表和页表实现地址映射4.6 虚拟存储器的基本概念前面各种存储器管理方式共同点：它们要求将一个作业全部装入内存后方能运行,于是出现了下面这样两种情况：1 有的作业很大,其所要求的内存空间超过了内存总容量,作业不能全部被装入内存,致使该作业无法运行;2 有大量作业要求运行,但由于内存容量不足以容纳所有这些作业,只能将少数作业装入内存让它们先运行,而将其它大量的作业留在外存上等待;4.5.1 虚拟存储器的引入1.常规存储器管理方式的特征1 一次性;将作业全部装入内存后方能运行,此外有许多作业在每次运行时,并非其全部程序和数据都要用到;一次性装入,造成了对内存空间的浪费;2 驻留性;作业装入内存后一直驻留,直至运行结束;尽管因故等待或很少运行,都仍将继续占用宝贵的内存资源;现在要研究的问题是：一次性及驻留性在程序运行时是否必需;2.局部性原理早在1968年, Denning.P就曾指出：1 程序执行时,除了少部分的转移和过程调用指令外,在大多数情况下仍是顺序执行的;2 过程调用将会使程序的执行轨迹由一部分区域转至另一部分区域,但经研究看出,过程调用的深度在大多数情况下都不超过5;3 程序中存在许多循环结构,这些虽然只由少数指令构成, 但是它们将多次执行;4 程序中还包括许多对数据结构的处理, 如对数组进行操作,它们往往都局限于很小的范围内;局限性主要表现在下述两个方面：1 时间局限性－由于循环操作的存在;如果程序中的指令或数据一旦执行,则不久以后可能再次访问;2 空间局限性－由于程序的顺序执行;程序在一段时间内所访问的地址,可能集中在一定的范围之内;3. 虚拟存储器定义---基于局部性原理程序运行前,仅须将要运行的少数页面或段装入内存便可启动,运行时,如果需要访问的页段尚未调入内存缺页或缺段,用OS提供请求调页段功能调入;如果此时内存已满,则还须再利用页段的置换功能,将内存中暂时不用的页段调至外存,腾出足够的内存空间后,再将要访问的页段调入;所谓虚拟存储器,是指具有请求调入功能和置换功能,能从逻辑上扩充内存容量的一种存储器系统;其逻辑容量由内存容量和外存容量之和所决定,其运行速度接近于内存,成本接近于外存;4.6.3 虚拟存储器的特征1)多次性---一个作业被分成多次调入内存运行,最初装入部分程序和数据,运行中需要时,再将其它部分调入;2)对换性---允许在作业的运行过程中进行换进、换出;换进和换出能有效地提高内存利用率;3)虚拟性---从逻辑上扩充内存容量,使用户所看到远大于实际内存容量;这是虚拟存储器最重要的特征和最重要的目标;4)离散性---是以上三个特性的基础,在内存分配时采用离散分配的方式;备注：虚拟性是以多次性和对换性为基础的,而多次性和对换性又必须建立在离散分配的基础上;4.7 请求分页存储管理方式4.6.1 请求分页中的硬件支持---页表、缺页中断和地址变换请求分页系统是在分页的基础上,增加了“请求调页”和“页面置换”功能,每次调入和换出基本单位都是长度固定的页,实现比请求分段简单;1．页表机制---将用户地址空间中的逻辑地址变换为内存空间中的物理地址,因只将部分调入内存,需增设若干项;在请求分页系统中的每个页表项如下所示：1 状态位P：该页是否已调入内存,供访问时参考;2 访问字段A：记录一段时间内本页被访问的频率,供选择换出页时参考;3 修改位M：页在调入内存后是否被修改过,供置换页面时参考;4 外存地址：指出该页在外存上的地址,即物理块号,供调入该页时参考;4.7.2 内存分配策略和分配算法1.最小物理块数的确定是指能保证进程正常运行所需的最小物理块数,当系统为进程分配的物理块数少于此值时,进程将无法运行;进程应获得的最少物理块数与计算机的硬件结构有关;对于某些简单的机器,所需的最少物理块数为2,分别用于存放指令和数据,间接寻址时至少要有三块;对于某些功能较强的机器,因其指令本身、源地址和目标地址都可能跨两个页面,至少要为每个进程分配6个物理块,以装入这些页面;2. 物理块的分配策略请求分页系统的两种内存分配策略：即固定和可变分配策略；两种置换策略：即全局置换和局部置换;可组合出以下三种策略;1 固定分配局部置换Fixed Allocation, Local Replacement--每进程分配一定数目的物理块,在整个运行期间都不再改变,换入换出都限于这些物理块;每个进程物理块难以确定,太多太少都不好2 可变分配全局置换Variable Allocation, Global Replacement --每进程分配一定数目的物理块,OS 保持一空闲物理块队列;进程缺页时,摘下一空闲块,并将该页装入;3 可变分配局部置换Variable Allocation, Local Replacemen －－每进程分配一定数目的物理块;进程缺页时,只允许从该进程内存页中选出一页换出;若缺页中断频繁,再为该进程分配若干物理块,直至缺页率减少；若缺页率特低,则减少该进程的物理块数,应保证缺页率无明显增加;3. 物理块分配算法1 平均分配算法－－将所有可供分配的物理块,平均分配给各个进程; 例如,有100个物理块,5个进程,每进程可分20个物理块;未考虑到各进程本身的大小;2 按比例分配算法－－根据进程的大小按比例分配物理块;共n 个进程,每进程页面数为si,则页面数的总和为：设可用的物理块为m,每进程分到的物理块数为bi,有：3 考虑优先权的分配算法－－为了照顾重要、紧迫的作业尽快完成,为它分配较多的空间;通常采取：把可供分配的物理块分成两部分：一部分按比例分给各进程；另一部分根据优先权分给各进程;有的系统是完全按优先权来分配;4.7.3 调页策略1. 何时调入页面1 预调页策略缺页前 ：页面存放连续,用预测法一次调入多个相邻页,预测成功率仅为50％;2 请求调页策略缺页时：运行中,发现不在内存,立即请求,由OS 调入;2. 从何处调入页面请求分页系统中外存分为两部分：文件区和对换区;这样,当发生缺页请求时,系统应从何处将缺页调入内存：1 系统拥有足够的对换区,可以全部从对换区调入所需页面;在进程运行前,须将有关的文件拷贝到对换区;2 系统缺少足够的对换区,这时凡是不会被修改的文件,都直接从文件区调入,由于它们未被修改而不必换出;但对于可能被修改的部分,换出时调到对换区,以后需要时,再从对换区调入;3 UNIX 方式;凡是未运行过的页面,都应从文件区调入；曾运行过但已换出的页面,放在∑==ni iS S 1m SS b ii ⨯=对换区,下次应从对换区调入;4.8 页面置换算法当进程运行时,所访问的页面不在内存而需要将他们调入内存,但内存无空闲时,需要选择一页面换出到对换区,选择算法即页面置换算法;算法评价：页面置换频率低,调出页面将不会或很少访问;4.8.1 最佳置换算法和先进先出置换算法1. 最佳Optimal 置换算法由Belady 于1966年提出的一种理论上的算法;原理：其所选择的被淘汰页面,将是以后永不使用的, 或是在最长未来时间内不再被访问的页面;特点：通常可获得最低的缺页率,但由于进程运行不可预知而无法实现,用来评价其他算法;假定系统为某进程分配了三个物理块,并考虑有以下的页面号引用串：7,0,1,2,0,3,0,4,2,3,0,3,2,1,2,0,1,7,0,1进程运行时,先将7,0,1三页装入内存;当进程要访问页面2时,将会产生缺页中断,此时OS 根据最佳置换算法,将选择页面7予以淘汰;共发生6次页面置换;图 4-25 利用最佳页面置换算法时的置换图 2. 先进先出FIFO 页面置换算法---总是置换最先进入内存的页面;用FIFO 算法共发生12次页面置换;该算法与进程的实际运行规律不相符,有些页面经常被访问全局变量,常用函数;图 4-26 利用FIFO 置换算法时的置换图4.8.2 最近最久未使用Least Recently Used LRU 置换算法1. LRU置换算法 ---在无法预测各页面将来使用情况下,利用“最近过去”作为“最近将来”的近似选择最近最久未使用的页面予以淘汰;用LRU 算法共发生9次页面置换;引用率70770170122010320304243230321201201770101页框(物理块）203图 4-27 LRU 页面置换算法2. LRU 置换算法的硬件支持LRU 算法比较好,但为了快速知道哪一页是最近最久未使用的页面,需要硬件支持：寄存器或栈;1 寄存器为了记录某进程在内存中各页的使用情况,须为每个页面配置一个移位寄存器,可表示为：原理：进程访问某物理块时,先将寄存器的Rn-1位设成1;此时,定时信号将每隔一定时间将寄存器右移一位;若将n 位寄存器的数看做是一整数,那么,具有最小数值的寄存器所对应的页面,就是最近最久未使用的页面;例：某进程在内存中有8个页面,为每页面配置一8位寄存器时的LRU 访问情况,如图4-28图 4-28 某进程具有8个页面时的LRU 访问情况2 栈--利用栈来保存当前使用的各页面的页面号;原理：每当进程访问某页面时,便将该页面的页面号从栈中移出,将它压入栈顶;因此,栈顶始终是最新被访问页面的编号,而栈底则是最近最久未使用页面的页面号;假定现有一进程所访问的页面的页面号序列为：4,7,0,7,1,0,1,2,1,2,6随着进程的访问,栈中页面号的变化情况如图4-29所示;在访问页面6时发生了缺页,此时页面4是最近最久未被访问的页,应将它置换出去;LRU 算法较好,但要求较多硬件支持, 实际使用接近LRU算法－Clock 算法;图引用率70770170122010323104430230321013201770201页框2304204230230127127011474074704170401741074210741207421074621074-29 用栈保存当前使用页面时栈的变化情况。
实验8Linux的内存管理
内存管理的概念
内存管理的定义
内存管理是指操作系统对计算机内存 资源的分配、回收、保护和扩充等一 系列操作，以确保系统高效、稳定地 运行。
内存管理的目标
提高内存利用率，减少内存碎片，实 现多任务环境下的内存共享和保护， 以及提供虚拟内存等。
Linux内存管理的特点
分段和分页机制
Linux采用分段和分页机制来管理内存，将物理内 存划分为大小相等的页框，同时将进程地址空间 划分为多个段，每个段对应一个页表项，实现地 址空间的隔离和权限控制。
。
03 通过实验操作和观察，加深对Linux内存管理的 理解和认识。
实验环境
操作系统
Linux（建议使用Ubuntu或CentOS等常见发行版 ）
开发工具
GCC编译器、GDB调试器、Valgrind内存检测工 具等。
实验材料
一台配置有Linux操作系统的计算机，具备基本的 编程和调试能力。
02
Linux内存管理概述
VS
共享内存的实现方式
在Linux中，共享内存可以通过shmget() 、shmat()和shmdt()等系统调用来实现 。首先，使用shmget()函数创建一个共 享内存段；然后，使用shmat()函数将共 享内存段连接到当前进程的地址空间；最 后，使用shmdt()函数将共享内存段从当 前进程的地址空间中分离。
06
内存优化与性能提升
内存泄漏问题及其解决方案
内存泄漏定义
内存泄漏是指程序在申请内存后，未能正确释放，导致系统内存逐 渐耗尽的现象。
检测工具
使用Valgrind等内存检测工具，可以检测程序中的内存泄漏问题。
解决方案
及时释放不再使用的内存，避免不必要的内存申请，采用智能指针等 RAII技术来管理内存。
计算机内存管理基础知识
计算机内存管理基础知识一、前言学妹刚上大学，问我计算机内存知识需要了解么？我当场就是傻瓜警告，于是就有了这篇文章。
为什么要去了解内存知识？因为它是计算机操作系统中的核心功能之一，各高级语言在进行内存的使用和管理上，无一不依托于此底层实现，比如我们熟悉的Java内存模型。
最近几篇文章学习操作系统的内存管理后，喜欢底层的同学可以去学习CPU结构、机器语言指令和程序执行相关的知识，而看重实用性的同学后续学习多进程多线程和数据一致性时，可以有更深刻的理解。
二、冯•诺伊曼结构1、早期计算机结构在冯•诺依曼结构提出之前的计算机，是一种计算机只能完成一种功能，编辑好的程序是直接集成在计算机电路中，例如一个计算器仅有固定的数学计算程序，它不能拿来当作文字处理软件，更不能拿来玩游戏。
若想要改变此机器的程序，你必须更改线路、更改结构甚至重新设计此计算机。
简单来说，早期的计算机是来执行一个事先集成在电路板上的某一特定的程序，一旦需要修改程序功能，就要重新组装电路板，所以早期的计算机程序是硬件化的。
2、理论提出1945年，冯•诺依曼由于在曼哈顿工程中需要大量的运算，从而使用了当时最先进的两台计算机Mark I和ENIAC,在使用Mark I和ENIAC的过程中，他意识到了存储程序的重要性，从而提出了“存储程序”的计算机设计理念，即将计算机指令进行编码后存储在计算机的存储器中，需要的时候可以顺序地执行程序代码，从而控制计算机运行，这就是冯.诺依曼计算机体系的开端。
这是对计算机发展有深刻意义的重要理论，从此我们开始将程序和数据一样看待，程序也在存储器中读取，这样计算机就可以不单单只能运行事先编辑集成在电路板上的程序了，程序由此脱离硬件变为可编程的了，而后诞生程序员这个职业。
关于冯・诺依曼这位大神，值得单独开一篇文章来聊聊。
3、五大部件冯诺依曼计算机体系结构如下：数据流一》指令流-A 控制流---►img冯•诺依曼结构用极高的抽象描述了计算器的五大部件，以及程序执行时数据和指令的流转过程。
操作系统原理与应用操作系统引论课件
3
优点：简单易行，适用于小规模系统
内存的分配与回收
缺点：分区数量有限，且易造成内存浪费 动态分区分配
定义：在进程运行时，根据进程需要动态地分配和回收内存空间
内存的分配与回收
优点
可避免内存浪费，能满足大规模系统的需求
缺点
实现复杂，需要额外的空间管理开销
内存的分配与回收
01 页式管理
02
定义：将内存分为固定大小的页，每个页对应一个物
03
缺点：需要额外的空间管理开销， 且段式管理对程序的地址空间有 一定限制
04
虚拟内存的概念与实现
虚拟内存的概念 定义：将内存分为多个区域，每个区域都有自己的地址空间，称为虚拟地址空间 优点：可扩大程序的地址空间，提高内存利用率，减少内存碎片
虚拟内存的概念与实现
01
缺点：需要额外的空间管理开 销，且可能导致页交换和页缺 失等问题
要点二
数据解密
数据解密是还原加密数据的过程，只有持有正确密钥的人 才能解密并获取原始数据。解密算法与加密算法相对应， 需要根据不同的加密算法进行相应的解密操作。
THANKS
进程终止
当进程完成或出现错误时，系统会终止该进程。
进程的同步与通信
进程同步
进程之间需要进行同步以确保正确地执 行任务，如使用信号量和条件变量等同 步机制。
VS
进程通信
进程之间需要进行通信以共享数据和信息， 如使用消息队列、管道等通信机制。
03 内存管理
内存的分配与回收
固定分区分配
1
2
定义：将物理内存分为固定大小的区域，每个区 域分配给一个进程
设备的分类与标识
设备的分类
根据设备的性质和功能，可以将设备分为多种类型， 如输入输出设备、存储设备和处理器等。这些设备还 可以进一步细分为更多的类别，例如硬盘驱动器、光 盘驱动器、打印机、显示器等。
操作系统概论：内存管理
03
在最高层（L0层），是少量的快速 CPU寄存器，CPU可以在一个时钟
周期内访问他们
05
L3层是一个大的基于DRAM的主存， 可以再几十或几百个时钟周期内访
问他们
02
在这个层次系统中，从高层到底层 （L0-L5），较低层的存储设备访
问慢，容量更大、价格更便宜
L1、L2层是一个或多个小型或中
04
型的基于SRAM的高速缓存存储器，
两级和多级页表
将页表再进行分页
反置页表
为每个页框设一个表项，表项中存 放进程号和页号
空闲页框的管理
使用位图管理空闲页框 使用空闲页框的链表
内存管理
基于分页的虚拟存储系统
虚拟存储器是指具有请求调入功能和置换功能，能从逻辑上对内存容量进行扩充的一种存储器系统 在虚拟存储器系统中，进程无需全部装入，只需要装入一部分即可运行 虚拟存储技术实现的思想是，只把进程的一部分装入内存。进程执行过程中，CPU访问内存时如果发现所访问
动态分区分配
动态分区分配的流程
内存分配有内存分配程序完成。 内存不再被应用程序需要时，由系 统调用内存回收程序回收原来被占
用的内存分区
内存分配流程
内存管理
基本分页存储管理方式
01
把进程离散的 存储在内存中 物理地址不连 续的区域中， 这种内存管理 方式称为离散 内存管理方式
02
分页存储管理 的基本原理
3.程序中存在很多循环结构，他们虽然 由少数指令构成，但多次执行
4.程序中往往包括许多对数据结构的处 理，如对数组的操作，他们往往都局限 在很小的范围内。 总的来说，局部性 原理表现为时间和空间的局部性
局部性
时间局部性 如果程序中的某条指令一旦执行，
第四章 内存管理
2022/12/21
1
第四章 内存管理
4.0 问题导入
在现代操作系统中同时有多个进程在运行，每 个进程的程序和数据都需要放在内存中，那么 程序员在编写程序时是否需要知道程序和数据 的存放位置呢？
如果不知道，那么多个进程同时在内存中运 行，每个进程应占用哪些空间呢，
如何保证各个进程占用的空间不冲突呢？ 内存空间如何进行分配和管理呢？
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第四章 内存管理
4.1 内存管理概述 4.2 内存管理的基础 4.3 连续内存分配存储方式 4.4 虚拟存储
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4.1 内存管理概述
4.1.1 存储结构
存储层次
➢ CPU寄存器
➢ 辅存：固定磁盘、可移动 介质
层次越高，访问速度越快，
价格也越高，存储容量也
最小
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4.1 内存管理概述
4.1.3 操作系统在内存中的位置
图4-2 仅有RAM时操作系统与用户程序的内存分配
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4.1 内存管理概述
4.1.3 操作系统在内存中的位置
图4-3 备有ROM时操作系统和用户程序之内存分配
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4.1 内存管理概述
4.1.3 操作系统在内存中的位置
多个小分区 适量中分区 少量大分区
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内存分配例子
分区号 大小(K) 起始地址(K) 状态
1
12
20
已分配
2
32
32
已分配
3
64
64
已分配
4
128
128
未分配
固定分区使用表
内存管理之linux内存管理-PPT课件
15
i386的存储管理单元
16
Linux的存储管理思想
linux分段机制 linux分页机制 Linux内存管理实现
17
Linux的存储管理思想
Linux分段机制 linux只定义了四种段寄存器的取值
内核代码段 内核数据段 用户代码段 用户数据段 0x10 0x18 0x23 0x28
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Linux的存储管理思想
19
Linux的存储管理思想
将上表和段选择寄存器对比可知：
表明： 使用的都是GDT表
运行级别分为两级：0和3
20
Linux的存储管理思想
GDT初始化信息在arch/i386/kernel/head.S中
21
Linux的存储管理思想
对照段描述符的含义，可以得出结论：
5
i386的存储管理单元
分段机制
段描述符
描述了段的基地址、界限及保护属性，是一个8字 节的数据结构，存放在段描述符表中。
6
7
i386的存储管理单元
上图说明
从图中可以看出，一个段描述符指出了段的32位 基地址和20位段界限（即段长）。 第6个字节的G位是粒度位，当G=0时，段长的表 示格式为字节长度，即一个段最长可达1M字节。 当G=1时，段长表示段以4K字节为一页的页数目， 即一个段最长可达1M*4K=4G字节。 D表示缺省操作数大小，D=0，操作数为16位，如 果D=1，操作数为32位。
MMU由一个或一组芯片组成，其功能是把虚地址
映射为物理地址，即地址转换。 80386以两级方式实现地址转换： 第一级使用段机制，第二级使用分页机制。 在80386上，分页机制是支持虚拟存储器的最佳 选择。段机制使用可变大小的块，使段机制较适 合处理复杂系统的逻辑分区。
计算机操作系统(第二版)课件：openEuler内存管理
保存最近未被访问过的文件页
活跃文件页LRU链表：
保存最近被访问过的文件页
不可回收LRU链接：
保存所有禁止换出的页
4.8 openEuler内存管理
4.8.6 openEuler页置换策略：参考《openEuler操作系统》，任炬等著
2. 页面回收
活跃LRU链表尾部
活跃链表页面数＜系统既定标准
4.8 openEuler内存管理
4.8.4 openEuler标准大页
三、伪文件系统：hugetlbfs
使用标准大页：访问伪文件系统hugetlbfs
hugetlbfs_mount()：挂载伪文件系统hugetlbfs open()：在hugetlbfs文件系统上创建新文件 mmap()：将文o_swap_page()
4.8 openEuler内存管理
4.8.6 openEuler页置换策略：参考《openEuler操作系统》，任炬等著
1. LRU置换策略
非活跃匿名页LRU链表：
保存最近未被访问过并且可存放到交换空间的匿名页
活跃匿名页LRU链表：
保存最近被访问过的匿名页
4.8 openEuler内存管理
4.8.5 openEuler请求调页：参考《openEuler操作系统》，任炬等著
2. 虚拟地址段：vm_area_struct
struct vm_area_struct { unsigned long vm_start; unsigned long vm_end; struct file* vm_file struct vm_area_struct *vm_next, *vm_prev; …
周期异步内存回收： 内存空闲块低于
存储器管理
第四章存储器管理第0节存储管理概述一、存储器的层次结构1、在现代计算机系统中，存储器是信息处理的来源与归宿，占据重要位置。
但是，在现有技术条件下，任何一种存储装置，都无法从速度、容量、是否需要电源维持等等多方面，同时满足用户的需求。
实际上它们组成了一个速度由快到慢，容量由小到大的存储装置层次。
图4-1 计算机系统存储器层次示意图2、各种存储器•寄存器、高速缓存Cache：容量很小、非常快速、昂贵、需要电源维持、CPU可直接访问；•内存RAM：容量在若干KB、MB、GB，中等速度、中等价格、需要电源维持、CPU可直接访问；•磁盘高速缓存：一般设于主存中；•多种类型的磁盘：容量在数MB或数GB，低速、价廉、不需要电源维持、CPU不可直接访问；由操作系统协调这些存储器的使用。
二、存储管理(主存管理)的目的1、尽可能地方便用户；提高主存储器的使用效率，使主存储器在速度、规模和成本之间获得较好的权衡。
(注意CPU和主存储器，这两类资源管理的区别)2、存储管理的主要功能：•地址重定位•主存空间的分配与回收•主存空间的保护和共享•主存空间的扩充三、逻辑地址与物理地址1、逻辑地址(相对地址，虚地址)：用户源程序经过编译/汇编、链接后，程序内每条指令、每个数据等信息，都会生成自己的地址。
●一个用户程序的所有逻辑地址组成这个程序的逻辑地址空间(也称地址空间)。
这个空间是以0为基址、线性或多维编址的。
2、物理地址(绝对地址，实地址)：是一个实际内存(字节)单元的编址。
●计算机内所有内存单元的物理地址组成系统的物理地址空间，它是从0开始的、是一维的；●将用户程序被装进内存，一个程序所占有的所有内存单元的物理地址组成该程序的物理地址空间(也称存储空间)。
四、地址映射(变换、重定位)当程序被装进内存时，通常每个信息的逻辑地址和它的物理地址是不一致的，需要把(程序中的)逻辑地址转换为对应的物理地址----地址映射；例如指令LOAD L，2500 /*将2500号单元内的数据送入寄存器L*/ ----P123图4-3 作业装进内存时的情况地址映射分静态和动态两种方式。
内存管理方法
内存管理方法一、概述内存管理是操作系统中非常重要的一个模块，主要负责对内存资源的分配、回收和保护。
合理的内存管理可以提高操作系统的性能和稳定性，避免程序崩溃等问题。
本文将介绍几种常见的内存管理方法。
二、连续分配连续分配是最简单的内存管理方式，也是早期操作系统中使用最广泛的一种方式。
其核心思想是将物理内存划分为若干个固定大小的区域，每个区域称为一个分区。
程序在运行时需要申请内存时，操作系统会从空闲分区中选择一个足够大的空间进行分配，并记录该空间已被占用。
当程序释放该空间时，该空间就会成为空闲状态。
1. 简单连续分配简单连续分配是最基本、最简单的连续分配方式。
其特点是所有进程共享同一块物理内存，并且每个进程只能占用一段连续的地址空间。
由于各个进程之间无法共享内存，因此这种方式不适用于多道程序并发执行。
2. 动态连续分配动态连续分配克服了简单连续分配无法支持多道程序并发执行的问题。
其核心思想是在物理内存中维护一个空闲分区链表，每当有进程申请内存时，操作系统会从空闲分区链表中选择一个足够大的空间进行分配。
当进程释放该空间时，操作系统将该空间归还给空闲分区链表。
三、非连续分配非连续分配是相对于连续分配而言的一种新型内存管理方式。
其核心思想是将物理内存划分为若干个大小不同的块，每个块称为一页。
程序在运行时需要申请内存时，操作系统会为其分配若干个页，并记录这些页的地址和状态。
当程序释放这些页时，它们就会成为空闲状态。
1. 分页分页是一种非常常见的非连续分配方式。
其核心思想是将程序所需的地址空间划分为若干个固定大小的块，称为页面。
物理内存也被划分为若干个大小相等的页面。
当程序需要访问某一页时，操作系统会将该页从磁盘读入到物理内存中，并将该页映射到虚拟地址空间中。
2. 段式段式是一种基于段（Segment）概念的非连续分配方式。
其核心思想是将程序所需的地址空间划分为若干个大小不同的段，每个段都有一个基地址和长度。
操作系统概念课后习题答案
操作系统概念课后习题答案操作系统概念课后习题答案第一章：引论⒈操作系统的功能和目标是什么？答：操作系统的功能包括了进程管理、内存管理、文件系统管理、设备管理等。
操作系统的目标是提高计算机系统的资源利用率，提供简单易用的用户界面，保证计算机系统的安全和稳定性。
⒉什么是并发性？并行性？有什么区别？答：并发性是指计算机系统中存在多个独立的任务同时执行的能力。
并行性是指系统中同时执行多个任务的能力。
并行性强调多个任务的同时进行，而并发性强调任务的独立性。
⒊什么是中断？有什么作用？答：中断是指计算机执行过程中出现的一种特殊事件，用于打断正在执行的程序，转而执行中断处理程序。
中断的作用是能够及时响应输入/输出设备的请求以及处理发生的异常情况。
⒋什么是多道程序设计？答：多道程序设计是指将多个程序加载到内存中，并按照一定的调度算法来分时共享处理器和其他资源。
⒌什么是虚拟内存？答：虚拟内存是计算机系统通过借助硬盘空间来扩展内存空间的一种技术。
它将部分物理内存空间映射到磁盘上，使得程序可以访问比实际物理内存更大的地质空间。
第二章：进程管理⒈什么是进程？什么是线程？答：进程是指在操作系统中运行的程序的实例，它包括了程序代码、数据和执行状态等。
线程是进程中的一个执行单元，一个进程可以包含多个线程，它们共享进程的资源。
⒉进程的状态有哪些？请描述每个状态的含义。
答：进程的状态包括了就绪状态、运行状态、阻塞状态。
就绪状态表示进程已经具备运行的条件，等待分配处理器资源。
运行状态表示进程正在执行。
阻塞状态表示进程由于某种原因暂时无法继续执行。
⒊进程调度算法有哪些？请简要描述每个算法的特点。
答：常见的进程调度算法有先来先服务（FCFS）、短作业优先（SJF）、优先级调度、时间片轮转等。
FCFS按照进程的到达顺序进行调度，适用于长作业。
SJF按照进程的执行时间进行调度，适用于短作业。
优先级调度根据进程的优先级进行调度。
时间片轮转将处理器时间分成若干个时间片，每个进程获得一个时间片。
第4章_内存管理
（3）最坏适应分配算法（WF）
它每次分配主存时总是挑选一个最大的空闲区， 分割一部分给作业使用，使剩下的部分不至于太小 而成为主存碎片。为实现这种算法，把空闲区按长 度递减的次序登记在空闲分区表中，分配时，顺序 查找。 它的优点是不会产生过多的碎片。不影响大作 业的分配。另外收回主存时，要按长度递减的顺序 插入到空闲分区表中，增加了系统开销。
（2）最优适应分配算法（BF）
它是从所有的空闲分区中挑选一个能满足作业 要求的最小空闲区进行分配。这样可以保证不去分 割一个更大的空闲区，使装入大作业时比较容易得 到满足。为实现这种算法，把空闲区按长度递增次 序登记在空闲分区表中，分配时，顺序查找。 它的优点是解决了大作业的分配问题，不足是 容易产生主存碎片，降低了主存空间的利用率。另 外收回主存时，要按长度递增顺序插入到空闲分区 表中，增加了系统开销。
相应地，将内存空间划分成与页相同大小的 若干个物理块，称为块或页帧。 在为进程分配内存时，将进程中若干页分别 装入多个不相邻接的块中。
4.3.1 页式管理概述
2.地址结构： 分页系统的地址结构由两部分组成：前一部分 为页号P；后一部分为位移量W，即页内位移。 在下图中地址为32位，其中0～11位为页内位 移（每页的大小为4K），12～31位为页号，所以允 许地址空间的大小最多为1M个页。
地址重定位的原因是什么?
因为程序在装入内存后，其逻辑地 址和物理地址不一致。
源程序 （名空间）
0
逻辑地址空间
物理地址空间
BA=1000
Load A data1
100
Load A 200
Load A 200
编译 连接
data1 3456 200 3456
地址映射
计算机答辩面试题及答案
计算机答辩面试题及答案面试题目一：计算机网络1. 请解释什么是计算机网络？计算机网络是指通过通信线路连接起来的多台计算机和其他设备的集合，使它们能够相互传递数据和共享资源。
2. 请简述 OSI 参考模型，并解释每一层的功能。
OSI(Open System Interconnection) 参考模型是一个将计算机网络分为七个层次的标准模型，每一层都负责实现特定的功能。
- 物理层：负责传输比特流，将数据转换成电压或光脉冲等信号形式，以便在通信媒介上传输。
- 数据链路层：负责将比特流组织成数据帧，并提供错误检测和纠正的功能。
- 网络层：负责将数据包从源网络传输到目标网络，通过路由选择最佳路径。
- 传输层：提供端到端的可靠数据传输，负责分段和重新组装数据。
- 会话层：负责建立、管理和终止会话。
- 表示层：处理数据的编码和解码，确保不同系统能正确理解数据的格式。
- 应用层：提供特定网络应用程序的接口，例如电子邮件、文件传输等。
3. TCP 和 UDP 是哪个层的协议？请简述它们的特点。
TCP 和 UDP 是传输层的协议。
- TCP (Transmission Control Protocol)：提供可靠的数据传输，在传输前建立连接，确保数据的顺序和完整性。
但是，TCP 需要较多的资源和时间，适用于对数据可靠性要求较高的应用，如文件传输、电子邮件等。
- UDP (User Datagram Protocol)：提供不可靠的数据传输，在传输前不需要建立连接，数据传输较快，但无法保证数据的顺序和完整性。
UDP 适用于对实时性要求较高的应用，如音视频传输、在线游戏等。
4. HTTP 和 HTTPS 的区别是什么？HTTP (Hypertext Transfer Protocol) 和 HTTPS (Hypertext Transfer Protocol Secure) 都是应用层协议，用于在客户端和服务器之间传输超文本。
内存管理的五种方式
内存管理的五种方式
内存管理是计算机系统中非常重要的一部分，它负责管理计算机系统中的内存资源，以确保系统能够高效地运行。
在内存管理中，有五种常见的方式，它们分别是静态分配、动态分配、分页、分段和虚拟内存。
静态分配是最简单的内存管理方式之一，它是在程序编译时就将内存分配好。
这种方式的优点是简单易懂，但缺点是浪费内存资源，因为程序在运行时可能不需要使用所有的内存。
动态分配是一种更加灵活的内存管理方式，它是在程序运行时根据需要动态地分配内存。
这种方式的优点是可以更好地利用内存资源，但缺点是需要更多的计算和管理工作。
分页是一种将内存分成固定大小的块的方式，每个块称为一页。
这种方式的优点是可以更好地利用内存资源，但缺点是需要更多的管理工作。
分段是一种将内存分成不同大小的块的方式，每个块称为一个段。
这种方式的优点是可以更好地适应不同大小的程序，但缺点是需要更多的管理工作。
虚拟内存是一种将硬盘空间作为内存扩展的方式，它可以让程序使用比实际内存更多的内存。
这种方式的优点是可以更好地适应大型程序，但缺点是需要更多的计算和管理工作。
总的来说，内存管理是计算机系统中非常重要的一部分，它可以影响系统的性能和稳定性。
不同的内存管理方式有不同的优缺点，需要根据具体情况选择合适的方式。
计算机内存管理
计算机内存管理策略【摘要】本文从计算机的硬件结构和运行机理出发，导出计算机内存管理的重要性，并提出内存管理所要包含的4个方面内容。
然后以操作系统发展历史为主线，对单一连续分区存储管理、固定分区存储管理、可变分区存储管理、分页式存储管理、分段式存储管理5中内存管理方案进行分析，详细地介绍了各种管理策略具体实现以及各自的优劣。
在操作系统出现之前，程序曾经是存储在卡片上，计算机每读取一张卡片就执行一条指令，程序的执行过程是直接从卡片到执行。
这种从外部存储媒介上直接执行指令的做法效率极其低下，而且灵活性较差。
为了解决这一问题，人们想到将需要运行的程序预先加载到内部存储器，再自动从内部存取器读取指令并执行，从而提高计算机的效率与灵活性。
这一想法导致计算机硬件系统和软件系统都发生革命性的变化。
目前计算机硬件系统一般由处理机、存储系统和输入输出（I/O）系统构成。
其中存储系统用于存取包括程序代码和数据在内的各种信息，起到缓解负责执行程序的处理器与实现程序输入/输出系统之间速度严重不匹配的矛盾。
出于功用、性能、价格等方面的考虑，计算机存储系统并不是一个单独的存储器件，而是由不同的存储介质构成的一个复杂的多层次的存储体系，包括高速缓存、内存和外存。
高速缓存的由硬件寄存器组构成，其特点是速度最快、价格高、容量小，一般用于存放高频指令与数据；外存容量最大，价格也最低，但是读取速度相对很慢，主要用来存放程序的所有代码与数据，是程序与数据的持久完整集合；内存速度比高速缓存慢，但是比外存又快很多量级，价格适中，容量高于缓存而低于外存，用来存放操作系统内核、用户程序指令与程序运行所需数据，程序运行时，CPU直接从内存读取指令和数据。
尽管内存速度与处理器速度有一定差距，但是这种程序执行的方式仍然极大地提高了计算机的运行效率。
冯·诺依曼体系的计算机都要求程序首先装入内存才能运行，能否合理地使用内存很大程度上影响到整个计算机的正常运行以及系统性能。
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1.程序占用的内存分为几个部分
1>栈区（stack）：由编译器自动分配释放，存放函数的参数值，局部变量的值等
2>堆区（heap）：一般由程序员分配释放，若程序员不释放，程序结束时可能由OS
回收
3>全局区（静态区）（static）：全局变量和静态变量的存储是放在一块的，初始化的
全局变量和静态变量在一块区域，未初始化的全局变量和未初始化的静态变量在相邻的另一块区域。
程序结束后由系统释放
4>文字常量区：常量字符串就是放在这里的。
程序结束后由系统释放
5>程序代码区：存放函数体的二进制代码
2.堆和栈的区别
1>管理方式：对于栈来讲，是由编译器自动管理，无需我们手工控制；对于堆来说，
释放工作由程序员控制，容易产生内存泄漏
2>申请大小的限制：
栈：栈顶的地址和栈的最大容量是系统预先规定好的，如果申请的空间超过栈的剩余空间时，将提示内存溢出，因此，能从栈获得的空间较小
堆：堆的大小受限于系统中有效内存，因此，堆获得的空间比较灵活，也比较大
3>申请效率：
栈：栈由系统自动分配，速度较快，但程序员是无法控制的
堆：堆是由alloc分配的内存，一般速度比较慢，而且容易产生内存碎片,不过用起来最方便
3.请描述一下OC的内存管理
OC中的内存管理只针对OC中的对象,所有的对象都是继承NSObject；所有OC中的对象都有一个计数器,这个计数器我们称为引用计数（表示当前对象被引用的次数）；
OC中的引用计数器变为0的时候,系统就会把对象所占的内存回收。
OC的内存管理主要有两种方式：MRC（Manual Reference Counting，手动引用计数）、ARC（Automatic Reference Counting，自动引用计数）。
MRC：MRC中，OC的内存回收需要花费大量的时间与精力去管理对象的引用计数(release、retain、autorelease),这样才能让程序正常回收内存,稍有不慎,程序就可能会造成内存泄漏, 或者可能让对象过早的释放,从而引起程序崩溃。
alloc用来分配内存,分配内存完成后,引用计数为1；当别的对象要使用该对象时，可以使用retain使引用计数+1（retain方法返回对象本身）；当不再引用该对象时应该使用release使引用计数-1；当引用计数为0时,对象会被系统从内存中销毁,销毁之前,系统会自动调用该对象的dealloc方法。
内存管理原则：
谁创建，谁release；
谁想占用某个对象，必须做retain操作；
谁retain，谁release；
ARC：ARC是编译时的一种特性，而不是运行时特性（在编译时系统将会自动将release、retain、autorelease加上）。
ARC中新引入了strong（强指针）、weak（弱指针），在ARC中，对象的存亡只跟是否有强指针指向它有关系；在ARC中要注意
的是两个对象的循环引用问题（strong），解决这一问题可以一端使用weak、一端使用strong
4.自动释放池是什么，如何工作？
自动释放池的原理类似于一个数组的原理，我们每调用一个autorelease就会有个对象挂到内存中去，系统就会根据这个池子销毁的时候把池子里面的内容全部销毁
1>Autorelease pool（iOS5.0后使用@autoreleasepool）
自动释放池（Autorelease pool）是OC的一种内存自动回收机制，可以将一些临时变量通过自动释放池来回收统一释放。
自动释放池本身对象销毁的时候，池子里面所有的对象都会做一次release操作
2>autorelease
任何OC对象只要调用autorelease方法，就会把该对象放到离自己最近的自动释放池中（栈顶的释放池）
5.内存溢出一般是由什么原因导致的？
1>大量加载大图片时容易造成内存溢出
2>下载大文件时，使用了NSMutableData拼接（这种做法是错误的）
6.什么是内存泄漏，内存泄漏后的后果
自己申请的内存，没有释放则会造成内存泄漏，会使内存中存在很多的垃圾，浪费不必要的内存。
在ARC中，两个对象循环引用则会出现内存泄漏，在一端使用weak 可以解决这个问题
7.简述一下你对MRC的理解，dealloc方法什么时候调用，满足什么条件的对
象需要在dealloc中释放？autorelease方法什么时候使用？
MRC：MRC中，OC的内存回收需要花费大量的时间与精力去管理对象的引用计数(release、retain、autorelease),这样才能让程序正常回收内存,稍有不慎,程序就可能会造成内存泄漏, 或者可能让对象过早的释放,从而引起程序崩溃。
alloc用来分配内存,分配内存完成后,引用计数为1；当别的对象要使用该对象时，可以使用retain使引用计数+1（retain方法返回对象本身）；当不再引用该对象时应该使用release使引用计数-1；当引用计数为0时,对象会被系统从内存中销毁,销毁之前,系统会自动调用该对象的dealloc方法。
当一个对象将要销毁时，需要在它销毁前对它拥有的对象进行一次release（该步骤在dealloc中的[super dealloc]之前操作）
autorelease在使用自动释放池的时候可以使用。
任何OC对象只要调用autorelease 方法，就会把该对象放到离自己最近的自动释放池中（栈顶的释放池）
8.深复制和浅复制的区别
浅拷贝（shallowcopy），当对象的属性是指针变量时,如果程序只是复制该指针的地址,而不是真正复制指针所指向的对象,这种方式就被称为浅拷贝
深拷贝（deepcopy），深拷贝不仅会复制对象本身,而且会“递归”复制每个指针类型的属性,直到两个对象没有任何的共用部分为止
9.OC是否有垃圾回收机制？
Objective-C 2.0也是有垃圾回收机制的，但是iOS平台不提供。