内存管理是C++ 最令人切齿痛恨的问题，也是C++最有争议的问题，C++高手从中获得了更好的性能，更大的自由，C++菜鸟的收获则是一遍一遍的检查代码和对C++的痛恨，但内存管理在C++中无处不在，内存泄漏几乎在每个C++程序中都会发生，因此要想成为C++高手，内存管理一关是必须要过的，除非放弃C++，转到 Java或者.NET，他们的内存管理基本是自动的，当然你也放弃了自由和对内存的支配权，还放弃了C++超绝的性能。本期专题将从内存管理、内存泄漏、内存回收这三个方面来探讨C++内存管理问题。
1 内存管理
伟大的Bill Gates 曾经失言：
640K ought to be enough for everybody — Bill Gates 1981
程序员们经常编写内存管理程序，往往提心吊胆。如果不想触雷，唯一的解决办法就是发现所有潜伏的地雷并且排除它们，躲是躲不了的。本文的内容比一般教科书的要深入得多，读者需细心阅读，做到真正地通晓内存管理。
1.1 C++内存管理详解
1.1.1 内存分配方式
1.1.1.1 分配方式简介
在C++中，内存分成5个区，他们分别是堆、栈、自由存储区、全局/静态存储区和常量存储区。
栈，在执行函数时，函数内局部变量的存储单元都可以在栈上创建，函数执行结束时这些存储单元自动被释放。栈内存分配运算内置于处理器的指令集中，效率很高，但是分配的内存容量有限。
堆，就是那些由new分配的内存块，他们的释放编译器不去管，由我们的应用程序去控制，一般一个new就要对应一个delete。如果程序员没有释放掉，那么在程序结束后，操作系统会自动回收。
自由存储区，就是那些由malloc等分配的内存块，他和堆是十分相似的，不过它是用free来结束自己的生命的。
全局/静态存储区，全局变量和静态变量被分配到同一块内存中，在以前的C语言中，全局变量又分为初始化的和未初始化的，在C++里面没有这个区分了，他们共同占用同一块内存区。
常量存储区，这是一块比较特殊的存储区，他们里面存放的是常量，不允许修改。
1.1.1.2 明确区分堆与栈
在bbs上，堆与栈的区分问题，似乎是一个永恒的话题，由此可见，初学者对此往往是混淆不清的，所以我决定拿他第一个开刀。
首先，我们举一个例子：
这条短短的一句话就包含了堆与栈，看到new，我们首先就应该想到，我们分配了一块堆内存，那么指针p呢？他分配的是一块栈内存，所以这句话的意思就是：在栈内存中存放了一个指向一块堆内存的指针p。在程序会先确定在堆中分配内存的大小，然后调用operator new分配内存，然后返回这块内存的首地址，放入栈中，他在VC6下的汇编代码如下：
这里，我们为了简单并没有释放内存，那么该怎么去释放呢？是delete p 么？澳，错了，应该是delete []p，这是为了告诉编译器：我删除的是一个数组，VC6就会根据相应的Cookie信息去进行释放内存的工作。
1.1.1.3 堆和栈究竟有什么区别？
好了，我们回到我们的主题：堆和栈究竟有什么区别？
主要的区别由以下几点：
1、管理方式不同；
2、空间大小不同；
3、能否产生碎片不同；
4、生长方向不同；
5、分配方式不同；
6、分配效率不同；
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memory leak。
空间大小：一般来讲在32位系统下，堆内存可以达到4G的空间，从这个角度来看堆内存几乎是没有什么限制的。但是对于栈来讲，一般都是有一定的空间大小的，例如，在VC6下面，默认的栈空间大小是1M（好像是，记不清楚了）。当然，我们可以修改：
打开工程，依次操作菜单如下：Project->Setting->Link，在Category 中选中Output，然后在Reserve中设定堆栈的最大值和commit。
注意：reserve最小值为4Byte；commit是保留在虚拟内存的页文件里面，它设置的较大会使栈开辟较大的值，可能增加内存的开销和启动时间。
碎片问题：对于堆来讲，频繁的new/delete势必会造成内存空间的不连续，从而造成大量的碎片，使程序效率降低。对于栈来讲，则不会存在这个问题，因为栈是先进后出的队列，他们是如此的一一对应，以至于永远都不可能有一个内存块从栈中间弹出，在他弹出之前，在他上面的后进的栈内容已经被弹出，详细的可以参考数据结构，这里我们就不再一一讨论了。
生长方向：对于堆来讲，生长方向是向上的，也就是向着内存地址增加的方向；对于栈来讲，它的生长方向是向下的，是向着内存地址减小的方向增长。
分配方式：堆都是动态分配的，没有静态分配的堆。栈有2种分配方式：静态分配和动态分配。静态分配是编译器完成的，比如局部变量的分配。动态分配由alloca函数进行分配，但是栈的动态分配和堆是不同的，他的动态分配是由编译器进行释放，无需我们手工实现。
分配效率：栈是机器系统提供的数据结构，计算机会在底层对栈提供支持：分配专门的寄存器存放栈的地址，压栈出栈都有专门的指令执行，这就决定了栈的效率比较高。堆则是C/C++函数库提供的，它的机制是很复杂的，例如为了分配一块内存，库函数会按照一定的算法（具体的算法可以参考数据结构/操作系统）在堆内存中搜索可用的足够大小的空间，如果没有足够大小的空间（可能是由于内存碎片太多），就有可能调用系统功能去增加程序数据段的内存空间，这样就有机会分到足够大小的内存，然后进行返回。显然，堆的效率比栈要低得多。
从这里我们可以看到，堆和栈相比，由于大量new/delete的使用，容易造成大量的内存碎片；由于没有专门的系统支持，效率很低；由于可能引发用户态
和核心态的切换，内存的申请，代价变得更加昂贵。所以栈在程序中是应用最广泛的，就算是函数的调用也利用栈去完成，函数调用过程中的参数，返回地址，EBP和局部变量都采用栈的方式存放。所以，我们推荐大家尽量用栈，而不是用堆。
虽然栈有如此众多的好处，但是由于和堆相比不是那么灵活，有时候分配大量的内存空间，还是用堆好一些。
无论是堆还是栈，都要防止越界现象的发生（除非你是故意使其越界），因为越界的结果要么是程序崩溃，要么是摧毁程序的堆、栈结构，产生以想不到的结果,就算是在你的程序运行过程中，没有发生上面的问题，你还是要小心，说不定什么时候就崩掉，那时候debug可是相当困难的：）
1.1.2 控制C++的内存分配
在嵌入式系统中使用C++的一个常见问题是内存分配，即对new 和 delete 操作符的失控。
具有讽刺意味的是，问题的根源却是C++对内存的管理非常的容易而且安全。具体地说，当一个对象被消除时，它的析构函数能够安全的释放所分配的内存。
这当然是个好事情，但是这种使用的简单性使得程序员们过度使用new 和delete，而不注意在嵌入式C++环境中的因果关系。并且，在嵌入式系统中，由于内存的限制，频繁的动态分配不定大小的内存会引起很大的问题以及堆破碎的风险。
作为忠告，保守的使用内存分配是嵌入式环境中的第一原则。
但当你必须要使用new 和delete时，你不得不控制C++中的内存分配。你
需要用一个全局的new 和delete来代替系统的内存分配符，并且一个类一个类的重载new 和delete。
一个防止堆破碎的通用方法是从不同固定大小的内存持中分配不同类型的
对象。对每个类重载new 和delete就提供了这样的控制。
1.1.
2.1 重载全局的new和delete操作符
可以很容易地重载new 和 delete 操作符，如下所示:
这段代码可以代替默认的操作符来满足内存分配的请求。出于解释C++的目的，我们也可以直接调用malloc() 和free()。
也可以对单个类的new 和 delete 操作符重载。这是你能灵活的控制对象的内存分配。
所有TestClass 对象的内存分配都采用这段代码。更进一步，任何从TestClass 继承的类也都采用这一方式，除非它自己也重载了new 和 delete 操作符。通过重载new 和 delete 操作符的方法，你可以自由地采用不同的分配策略，从不同的内存池中分配不同的类对象。
1.1.
2.2 为单个的类重载new[ ]和delete[ ]
必须小心对象数组的分配。你可能希望调用到被你重载过的new 和 delete 操作符，但并不如此。内存的请求被定向到全局的new[ ]和delete[ ] 操作符，而这些内存来自于系统堆。
C++将对象数组的内存分配作为一个单独的操作，而不同于单个对象的内存分配。为了改变这种方式，你同样需要重载new[ ] 和 delete[ ]操作符。
但是注意：对于多数C++的实现，new[]操作符中的个数参数是数组的大小加上额外的存储对象数目的一些字节。在你的内存分配机制重要考虑的这一点。你应该尽量避免分配对象数组，从而使你的内存分配策略简单。
1.1.3 常见的内存错误及其对策
发生内存错误是件非常麻烦的事情。编译器不能自动发现这些错误，通常是在程序运行时才能捕捉到。而这些错误大多没有明显的症状，时隐时现，增加了改错的难度。有时用户怒气冲冲地把你找来，程序却没有发生任何问题，你一走，错误又发作了。常见的内存错误及其对策如下：
* 内存分配未成功，却使用了它。
编程新手常犯这种错误，因为他们没有意识到内存分配会不成功。常用解决办法是，在使用内存之前检查指针是否为NULL。如果指针p是函数的参数，那么在函数的入口处用assert(p!=NULL)进行
检查。如果是用malloc或new来申请内存，应该用if(p==NULL) 或
if(p!=NULL)进行防错处理。
* 内存分配虽然成功，但是尚未初始化就引用它。
犯这种错误主要有两个起因：一是没有初始化的观念；二是误以为内存的缺省初值全为零，导致引用初值错误（例如数组）。内存的缺省初值究竟是什么并没有统一的标准，尽管有些时候为零值，我们宁可信其无不可信其有。所以无
论用何种方式创建数组，都别忘了赋初值，即便是赋零值也不可省略，不要嫌麻烦。
* 内存分配成功并且已经初始化，但操作越过了内存的边界。
例如在使用数组时经常发生下标“多1”或者“少1”的操作。特别是在for 循环语句中，循环次数很容易搞错，导致数组操作越界。
* 忘记了释放内存，造成内存泄露。
含有这种错误的函数每被调用一次就丢失一块内存。刚开始时系统的内存充足，你看不到错误。终有一次程序突然死掉，系统出现提示：内存耗尽。
动态内存的申请与释放必须配对，程序中malloc与free的使用次数一定要相同，否则肯定有错误（new/delete同理）。
* 释放了内存却继续使用它。
有三种情况：
（1）程序中的对象调用关系过于复杂，实在难以搞清楚某个对象究竟是否已经释放了内存，此时应该重新设计数据结构，从根本上解决对象管理的混乱局面。
（2）函数的return语句写错了，注意不要返回指向“栈内存”的“指针”或者“引用”，因为该内存在函数体结束时被自动销毁。
（3）使用free或delete释放了内存后，没有将指针设置为NULL。导致产生“野指针”。
【规则1】用malloc或new申请内存之后，应该立即检查指针值是否为NULL。防止使用指针值为NULL的内存。
【规则2】不要忘记为数组和动态内存赋初值。防止将未被初始化的内存作为右值使用。
【规则3】避免数组或指针的下标越界，特别要当心发生“多1”或者“少1”操作。
【规则4】动态内存的申请与释放必须配对，防止内存泄漏。
【规则5】用free或delete释放了内存之后，立即将指针设置为NULL，防止产生“野指针”。
1.1.4 指针与数组的对比
C++/C程序中，指针和数组在不少地方可以相互替换着用，让人产生一种错觉，以为两者是等价的。
数组要么在静态存储区被创建（如全局数组），要么在栈上被创建。数组名对应着（而不是指向）一块内存，其地址与容量在生命期内保持不变，只有数组的内容可以改变。
指针可以随时指向任意类型的内存块，它的特征是“可变”，所以我们常用指针来操作动态内存。指针远比数组灵活，但也更危险。
下面以字符串为例比较指针与数组的特性。
1.1.4.1 修改内容
下面示例中，字符数组a的容量是6个字符，其内容为hello。a的内容可以改变，如a[0]= ‘X’。指针p指向常量字符串“world”（位于静态存储区，内容为world），常量字符串的内容是不可以被修改的。从语法上看，编译器并不觉得语句p[0]= ‘X’有什么不妥，但是该语句企图修改常量字符串的内容而导致运行错误。
1.1.4.2 内容复制与比较
不能对数组名进行直接复制与比较。若想把数组a的内容复制给数组b，不能用语句 b = a ，否则将产生编译错误。应该用标准库函数strcpy进行复制。同理，比较b和a的内容是否相同，不能用if(b==a) 来判断，应该用标准库函数strcmp进行比较。
语句p = a 并不能把a的内容复制指针p，而是把a的地址赋给了p。要想复制a的内容，可以先用库函数malloc为p申请一块容量为strlen(a)+1个字符的内存，再用strcpy进行字符串复制。同理，语句if(p==a) 比较的不是内容而是地址，应该用库函数strcmp来比较。
1.1.4.3 计算内存容量
用运算符sizeof可以计算出数组的容量（字节数）。如下示例中，sizeof(a)的值是12（注意别忘了’’）。指针p指向a，但是sizeof(p)的值却是4。这是因为sizeof(p)得到的是一个指针变量的字节数，相当于sizeof(char*)，而不是p所指的内存容量。C++/C语言没有办法知道指针所指的内存容量，除非在申请内存时记住它。
注意当数组作为函数的参数进行传递时，该数组自动退化为同类型的指针。如下示例中，不论数组a的容量是多少，sizeof(a)始终等于sizeof(char *)。
1.1.5 指针参数是如何传递内存的？
如果函数的参数是一个指针，不要指望用该指针去申请动态内存。如下示例中，Test函数的语句GetMemory(str, 200)并没有使str获得期望的内存，str 依旧是NULL，为什么？
毛病出在函数GetMemory中。编译器总是要为函数的每个参数制作临时副本，指针参数p的副本是 _p，编译器使 _p = p。如果函数体内的程序修改了_p的内容，就导致参数p的内容作相应的修改。这就是指针可以用作输出参数的原因。在本例中，_p申请了新的内存，只是把_p所指的内存地址改变了，但是p丝毫
未变。所以函数GetMemory并不能输出任何东西。事实上，每执行一次GetMemory 就会泄露一块内存，因为没有用free释放内存。
如果非得要用指针参数去申请内存，那么应该改用“指向指针的指针”，见示例：
由于“指向指针的指针”这个概念不容易理解，我们可以用函数返回值来传递动态内存。这种方法更加简单，见示例：
用函数返回值来传递动态内存这种方法虽然好用，但是常常有人把return 语句用错了。这里强调不要用return语句返回指向“栈内存”的指针，因为该内存在函数结束时自动消亡，见示例：
用调试器逐步跟踪Test4，发现执行str = GetString语句后str不再是NULL 指针，但是str的内容不是“hello world”而是垃圾。
如果把上述示例改写成如下示例，会怎么样？
函数Test5运行虽然不会出错，但是函数GetString2的设计概念却是错误的。因为GetString2内的“hello world”是常量字符串，位于静态存储区，它在程序生命期内恒定不变。无论什么时候调用GetString2，它返回的始终是同一个“只读”的内存块。
1.1.6 杜绝“野指针”
“野指针”不是NULL指针，是指向“垃圾”内存的指针。人们一般不会错用NULL指针，因为用if语句很容易判断。但是“野指针”是很危险的，if语句对它不起作用。“野指针”的成因主要有两种：
（1）指针变量没有被初始化。任何指针变量刚被创建时不会自动成为NULL 指针，它的缺省值是随机的，它会乱指一气。所以，指针变量在创建的同时应当被初始化，要么将指针设置为NULL，要么让它指向合法的内存。例如
（2）指针p被free或者delete之后，没有置为NULL，让人误以为p是个合法的指针。
（3）指针操作超越了变量的作用域范围。这种情况让人防不胜防，示例程序如下：
函数Test在执行语句p->Func()时，对象a已经消失，而p是指向a的，所以p就成了“野指针”。但奇怪的是我运行这个程序时居然没有出错，这可能与编译器有关。
1.1.7 有了malloc/free为什么还要new/delete？
malloc与free是C++/C语言的标准库函数，new/delete是C++的运算符。它们都可用于申请动态内存和释放内存。
对于非内部数据类型的对象而言，光用maloc/free无法满足动态对象的要求。对象在创建的同时要自动执行构造函数，对象在消亡之前要自动执行析构函数。由于malloc/free是库函数而不是运算符，不在编译器控制权限之内，不能够把执行构造函数和析构函数的任务强加于malloc/free。
因此C++语言需要一个能完成动态内存分配和初始化工作的运算符new，以及一个能完成清理与释放内存工作的运算符delete。注意new/delete不是库函数。我们先看一看malloc/free和new/delete如何实现对象的动态内存管理，见示例：
class Obj
{
public :
Obj(void){ cout << “Initialization” << endl; }
~Obj(void){ cout << “Destroy” << endl; }
void Initialize(void){ cout << “Initialization” << endl; }
void Destroy(void){ cout << “Destroy” << endl; }
};
void UseMallocFree(void)
{
Obj *a = (obj *)malloc(sizeof(obj)); // 申请动态内存
a->Initialize(); // 初始化
//…
a->Destroy(); // 清除工作
free(a); // 释放内存
}
void UseNewDelete(void)
{
Obj *a = new Obj; // 申请动态内存并且初始化
//…
类Obj的函数Initialize模拟了构造函数的功能，函数Destroy模拟了析构函数的功能。函数UseMallocFree中，由于malloc/free不能执行构造函数与析构函数，必须调用成员函数Initialize和Destroy来完成初始化与清除工作。函数UseNewDelete则简单得多。
所以我们不要企图用malloc/free来完成动态对象的内存管理，应该用new/delete。由于内部数据类型的“对象”没有构造与析构的过程，对它们而言malloc/free和new/delete是等价的。
既然new/delete的功能完全覆盖了malloc/free，为什么C++不把
malloc/free淘汰出局呢？这是因为C++程序经常要调用C函数，而C程序只能用malloc/free管理动态内存。
如果用free释放“new创建的动态对象”，那么该对象因无法执行析构函数而可能导致程序出错。如果用delete释放“malloc申请的动态内存”，结果也会导致程序出错，但是该程序的可读性很差。所以new/delete必须配对使用，malloc/free也一样。
1.1.8 内存耗尽怎么办？
如果在申请动态内存时找不到足够大的内存块，malloc和new将返回NULL 指针，宣告内存申请失败。通常有三种方式处理“内存耗尽”问题。
（1）判断指针是否为NULL，如果是则马上用return语句终止本函数。例如：
（2）判断指针是否为NULL，如果是则马上用exit(1)终止整个程序的运行。例如：
（3）为new和malloc设置异常处理函数。例如Visual C++可以用
_set_new_hander函数为new设置用户自己定义的异常处理函数，也可以让malloc享用与new相同的异常处理函数。详细内容请参考C++使用手册。
上述（1）（2）方式使用最普遍。如果一个函数内有多处需要申请动态内存，那么方式（1）就显得力不从心（释放内存很麻烦），应该用方式（2）来处理。
很多人不忍心用exit(1)，问：“不编写出错处理程序，让操作系统自己解决行不行？”
不行。如果发生“内存耗尽”这样的事情，一般说来应用程序已经无药可救。如果不用exit(1) 把坏程序杀死，它可能会害死操作系统。道理如同：如果不把歹徒击毙，歹徒在老死之前会犯下更多的罪。
有一个很重要的现象要告诉大家。对于32位以上的应用程序而言，无论怎样使用malloc与new，几乎不可能导致“内存耗尽”。我在Windows 98下用Visual
C++编写了测试程序，见示例7。这个程序会无休止地运行下去，根本不会终止。因为32位操作系统支持“虚存”，内存用完了，自动用硬盘空间顶替。我只听到硬盘嘎吱嘎吱地响，Window 98已经累得对键盘、鼠标毫无反应。
我可以得出这么一个结论：对于32位以上的应用程序，“内存耗尽”错误处理程序毫无用处。这下可把Unix和Windows程序员们乐坏了：反正错误处理程序不起作用，我就不写了，省了很多麻烦。
我不想误导读者，必须强调：不加错误处理将导致程序的质量很差，千万不可因小失大。
1.1.9 malloc/free的使用要点
函数malloc的原型如下：
用malloc申请一块长度为length的整数类型的内存，程序如下：
我们应当把注意力集中在两个要素上：“类型转换”和“sizeof”。
* malloc返回值的类型是void *，所以在调用malloc时要显式地进行类型转换，将void * 转换成所需要的指针类型。
* malloc函数本身并不识别要申请的内存是什么类型，它只关心内存的总字节数。我们通常记不住int, float等数据类型的变量的确切字节数。例如int 变量在16位系统下是2个字节，在32位下是4个字节；而float变量在16位系统下是4个字节，在32位下也是4个字节。最好用以下程序作一次测试：
在malloc的“()”中使用sizeof运算符是良好的风格，但要当心有时我们会昏了头，写出 p = malloc(sizeof(p))这样的程序来。
函数free的原型如下：
为什么free函数不象malloc函数那样复杂呢？这是因为指针p的类型以及它所指的内存的容量事先都是知道的，语句free(p)能正确地释放内存。如果p 是NULL指针，那么free对p无论操作多少次都不会出问题。如果p不是NULL 指针，那么free对p连续操作两次就会导致程序运行错误。
1.1.10 new/delete的使用要点
运算符new使用起来要比函数malloc简单得多，例如：
操作系统内存管理
操作系统内存管理 1. 内存管理方法 内存管理主要包括虚地址、地址变换、内存分配和回收、内存扩充、内存共享和保护等功能。 2. 连续分配存储管理方式 连续分配是指为一个用户程序分配连续的内存空间。连续分配有单一连续存储管理和分区式储管理两种方式。 2.1 单一连续存储管理 在这种管理方式中，内存被分为两个区域：系统区和用户区。应用程序装入到用户区，可使用用户区全部空间。其特点是，最简单，适用于单用户、单任务的操作系统。CP／M和 DOS 2．0以下就是采用此种方式。这种方式的最大优点就是易于管理。但也存在着一些问题和不足之处，例如对要求内
存空间少的程序，造成内存浪费；程序全部装入，使得很少使用的程序部分也占用—定数量的内存。 2.2 分区式存储管理 为了支持多道程序系统和分时系统，支持多个程序并发执行，引入了分区式存储管理。分区式存储管理是把内存分为一些大小相等或不等的分区，操作系统占用其中一个分区，其余的分区由应用程序使用，每个应用程序占用一个或几个分区。分区式存储管理虽然可以支持并发，但难以进行内存分区的共享。 分区式存储管理引人了两个新的问题：内碎片和外碎片。 内碎片是占用分区内未被利用的空间，外碎片是占用分区之间难以利用的空闲分区(通常是小空闲分区)。 为实现分区式存储管理，操作系统应维护的数据结构为分区表或分区链表。表中各表项一般包括每个分区的起始地址、大小及状态(是否已分配)。
分区式存储管理常采用的一项技术就是内存紧缩(compaction)。 2.2.1 固定分区(nxedpartitioning)。 固定式分区的特点是把内存划分为若干个固定大小的连续分区。分区大小可以相等：这种作法只适合于多个相同程序的并发执行(处理多个类型相同的对象)。分区大小也可以不等：有多个小分区、适量的中等分区以及少量的大分区。根据程序的大小，分配当前空闲的、适当大小的分区。 优点：易于实现，开销小。 缺点主要有两个：内碎片造成浪费；分区总数固定，限制了并发执行的程序数目。 2.2.2动态分区(dynamic partitioning)。 动态分区的特点是动态创建分区：在装入程序时按其初始要求分配，或在其执行过程中通过系统调用进行分配或改变分区大小。与固定分区相比较其优点是：没有内碎
实验项目名称：进程的同步（实验一） 1、实验目的 (1) 掌握进程和线程基本概念和属性； (2) 掌握用PV操作解决并发进程的同步问题； (3) 掌握用于同步的信号量初值的设置； (4) 掌握如何处理共享资源的直接制约关系。 2、实验内容 (1) 设计一个模拟若干售票网点的售票程序。界面可以参考图1。还应设计多个后台售票线程并发运行。 图1售票 (2) 模拟：桌上有一只盘子，每次只能放入一个水果。爸爸专向盘子中放苹果，妈妈专向盘子中放桔子，一个女儿专等吃盘子里的苹果，一个儿子专等吃盘子里的桔子。只要盘子空则爸爸或妈妈都可以向盘子放一个水果，仅当盘子中有自己需要的水果时，儿子或女儿可以从盘子中取出水果。放-取水果的几种情况如图2(a)~(f)所示，可以参照进行设计。 (a)盘子空时取水果 (b)父亲放入苹果
(c) 儿子取水果 (d) 女儿取水果 (e)儿子取走桔子 (f)盘子满时放水果 图2 放-取水果 (3) 自选其它能反映进程互斥问题的应用。 实验项目名称：处理机调度（实验二） 1、实验目的 (1) 掌握几种处理机调度算法的基本思想和特点； (2) 理解并发与并行的区别； (3) 比较几种算法的特点。 2、实验内容 编写程序模拟处理机调度，参照图3。 (1) 时间片轮转 (2) 动态优先权调度 (3) 高响应比优先调度
图3 模拟处理机调度 实验项目名称：银行家算法（实验三） 1、实验目的 银行家算法是避免死锁的一种重要方法，本实验要求用高级语言编写和调试一个简单的银行家算法程序。加深了解有关资源申请、避免死锁等概念，并体会和了解死锁和避免死锁的具体实施方法。 2、实验内容 (1) 设计进程对各类资源最大申请表示及初值确定。 (2) 设定系统提供资源初始状况。 (3) 设定每次某个进程对各类资源的申请表示。 (4) 编制程序，依据银行家算法，决定其申请是否得到满足。 具体设计可参照图4(a)~(c) 进行。
两种常见的内存管理方法：堆和内存池 本文导读 在程序运行过程中，可能产生一些数据，例如，串口接收的数据，ADC采集的数据。若需将数据存储在内存中，以便进一步运算、处理，则应为其分配合适的内存空间，数据处理完毕后，再释放相应的内存空间。为了便于内存的分配和释放，AWorks提供了两种内存管理工具：堆和内存池。 本文为《面向AWorks框架和接口的编程（上）》第三部分软件篇——第9章内存管理——第1~2小节：堆管理器和内存池。 本章导读 在计算机系统中，数据一般存放在内存中，只有当数据需要参与运算时，才从内存中取出，交由CPU运算，运算结束再将结果存回内存中。这就需要系统为各类数据分配合适的内存空间。 一些数据需要的内存大小在编译前可以确定。主要有两类：一类是全局变量或静态变量，这部分数据在程序的整个生命周期均有效，在编译时就为这些数据分配了固定的内存空间，后续直接使用即可，无需额外的管理；一类是局部变量，这部分数据仅在当前作用域中有效（如函数中），它们需要的内存自动从栈中分配，也无需额外的管理，但需要注意的是，由于这一部分数据的内存从栈中分配，因此，需要确保应用程序有足够的栈空间，尽量避免定义内存占用较大的局部变量（比如：一个占用数K内存的数组），以避免栈溢出，栈溢出可能破坏系统关键数据，极有可能造成系统崩溃。 一些数据需要的内存大小需要在程序运行过程中根据实际情况确定，并不能在编译前确定。例如，可能临时需要1K内存空间用于存储远端通过串口发过来的数据。这就要求系统具有对内存空间进行动态管理的能力，在用户需要一段内存空间时，向系统申请，系统选择一段合适的内存空间分配给用户，用户使用完毕后，再释放回系统，以便系统将该段内存空间回收再利用。在AWorks中，提供了两种常见的内存管理方法：堆和内存池。9.1 堆管理器
4-4 linux内存管理子系统 4-4-1 linux内存管理（参考课件） 物理地址：cpu地址总线上寻址物理内存的地址信号，是地址变换的最终结果 逻辑地址：程序代码经过编译后，出现在汇编程序中的地址（程序设计时使用的地址） 线性地址：又名虚拟地址，32位cpu架构下4G地址空间 CPU要将一个逻辑地址转换为物理地址，需要两步： 1、首先CPU利用段式内存管理单元，将逻辑地址转换成线性地址； 2、再利用页式内存管理单元，把线性地址最终转换为物理地址 相关公式： 逻辑地址=段基地址+段内偏移量(段基地址寄存器+段偏移寄存器)（通用的） 16位CPU：逻辑地址=段基地址+段内偏移量(段基地址寄存器+段偏移寄存器) 线性地址=段寄存器的值×16+逻辑地址的偏移部分 物理地址=线性地址（没有页式管理） 32位CPU：逻辑地址=段基地址+段内偏移量(段基地址寄存器+段偏移寄存器) 线性地址=段寄存器的值+逻辑地址的偏移部分 物理地址<——>线性地址（mapping转换） ARM32位：逻辑地址=段基地址+段内偏移量(段基地址寄存器+段偏移寄存器) 逻辑地址=段内偏移量（段基地址为0） 线性地址=逻辑地址=段内偏移量（32位不用乘以32） 物理地址<——>线性地址（mapping转换） ************************!!以下都是x86模式下!!********************************* 一、段式管理 1.1、16位CPU：（没有页式管理） 1.1.1、段式管理的由来： 16位CPU内部有20位地址总线，可寻址2的20次方即1M的内存空间，但16位CPU 只有16位的寄存器，因此只能访问2的16次方即64K。因此就采用了内存分段的管理模式，在CPU内部加入了段寄存器，这样1M被分成若干个逻辑段，每个逻辑段的要求如下： 1、逻辑段的起始地址（段地址）必须是16的整数倍，即最后4个二进制位须全是0 (因此不必保存)。 2、逻辑段的最大容量为64K。 1.1.2、物理地址的形成方式： 段地址：将段寄存器中的数值左移4位补4个0（乘以16），得到实际的段地址。 段偏移：在段偏移寄存器中。 1）逻辑地址=段基地址+段内偏移量(段基地址寄存器+段偏移寄存器) 2）由逻辑地址得到物理地址的公式为：（因为没有页式管理，所以这一步就得到了物理地址）物理地址PA=段寄存器的值×16+逻辑地址的偏移部分(注意!!)(段与段可能会重叠)
西安邮电大学 （计算机学院） 课内实验报告 实验名称：内存管理 专业名称：软件工程 班级： 学生姓名： 学号（8位）： 指导教师： 实验日期：
实验五：进程 1.实验目的 通过深入理解区管理的三种算法，定义相应的数据结构，编写具体代码。充分模拟三种算法的实现过程，并通过对比，分析三种算法的优劣。 （1）掌握内存分配FF，BF，WF策略及实现的思路； （2）掌握内存回收过程及实现思路； （3）参考给出的代码思路，实现内存的申请、释放的管理程序，调试运行，总结程序设计中出现的问题并找出原因，写出实验报告。 2.实验要求： 1）掌握内存分配FF，BF，WF策略及实现的思路； 2）掌握内存回收过程及实现思路； 3）参考本程序思路，实现内存的申请、释放的管理程序，调试运行，总结程序设计中出现的问题并找出原因，写出实验报告。 3.实验过程： 创建进程：
删除其中几个进程：(默认以ff首次适应算法方式排列) Bf最佳适应算法排列方式：
wf最差匹配算法排列方式： 4.实验心得： 这次实验实验时间比较长，而且实验指导书中对内存的管理讲的很详细，老师上课的时候也有讲的很详细，但是代码比较长，刚开始的时候也是不太懂，但是后面经过和同学一起商讨，明白几种算法的含义： ①首次适应算法。在采用空闲分区链作为数据结构时，该算法要求空闲分区链表以地址递增的次序链接。在进行内存分配时，从链首开始顺序查找，直至找到一个能满足进程大小要求的空闲分区为止。然后，再按照进程请求内存的大小，从该分区中划出一块内存空间分配给请求进程，余下的空闲分区仍留在空闲链中。 ②循环首次适应算法。该算法是由首次适应算法演变而形成的，在为进程分配内存空间时，从上次找到的空闲分区的下一个空闲分区开始查找，直至找到第一个能满足要求的空闲分区，并从中划出一块与请求的大小相等的内存空间分配给进程。 ③最佳适应算法将空闲分区链表按分区大小由小到大排序，在链表中查找第一个满足要求的分区。 ④最差匹配算法将空闲分区链表按分区大小由大到小排序，在链表中找到第一个满足要求的空闲分区。 实验中没有用到循环首次适应算法，但是对其他三种的描述还是很详细，总的来说，从实验中还是学到了很多。 5.程序源代码： #include
1.标准链接库提供四个函数实现动态内存管理： （1）分配新的内存区域： void * malloc(size_t size); void *calloc(size_t count , size_t size); （2）调整以前分配的内存区域： void *realloc(void *ptr , size_t size); （3）释放以前分配的内存区域： void free(void *ptr); 2.void * malloc(size_t size); 该函数分配连续的内存空间，空间大小不小于size 个字节。但分配的空间中的内容是未知的。该函数空间分配失败则返回NULL。 3.void *calloc(size_t count , size_t size); 该函数也可以分配连续的内存空间，分配不少于count*size个字节的内存空间。即可以为一个数组分配空间，该数组有count个元素，每个元素占size个字节。而且该函数会将分配来的内存空间中的内容全部初始化为0 。该函数空间分配失败则返回NULL。 4. 以上两个分配内存空间的函数都返回void * （空类型指针或无类型指针）返回的指针值是“分配的内存区域中”第一个字节的地址。当存取分配的内存位置时，你所使用的指针类型决定如何翻译该位置的数据。以上两种分配内存空间的方法相比较，calloc()函数的效果更好。原因是它将分配得来的内存空间按位全部置0 。 5. 若使用上述两种分配内存的函数分配一个空间大小为0 的内存，函数会返回一个空指针或返回一个没有定义的不寻常指针。因此绝不可以使用“指向0 字节区域”的指针。 6. void *realloc(void *ptr , size_t size); 该函数释放ptr所指向的内存区域，并分配一个大小为size字节的内存区域，并返回该区域的地址。新的内存区域可以和旧的内存区域一样，开始于相同的地址。且此函数也会保留原始内存内容。如果新的内存区域没有从原始区域的地址开始，那么此函数会将原始的内容复制到新的内存区域。如果新的内存区域比较大，那么多出来部分的值是没有意义的。 7. 可以把空指针传给realloc()函数，这样的话此函数类似于malloc()函数，并得到一块内存空间。如果内存空间不足以满足内存区域分配的请求，那么realloc()函数返回一个空指针，这种情况下，不会释放原始的内存区域，也不会改变它的内容。 8. void free(void *ptr); 该函数释放动态分配的内存区域，开始地址是ptr，ptr的值可以是空指针。若在调用此函数时传入空指针，则此函数不起任何作用。 9. 传入free() 和realloc()函数的指针（若不为空指针时）必须是“尚未被释放的动态分配内存区域的起始地址”。否则函数的行为未定义。Realloc()函数也可以释放内存空间，例如：Char *Ptr = (char *)malloc(20); 如只需要10个字节的内存空间，且保留前十个字节的内容，则可以使用realloc()函数。 Ptr = Realloc(ptr,10); // 后十个字节的内存空间便被释放
Solaris 8内存管理机制研究 吴海燕 戚丽 冯珂 摘 要：寻找性能瓶颈是性能分析中的一项重要任务，内存瓶颈的表现并不像CPU或磁盘那样直接，本文通过对Solaris 8内存管理机制的研究，给出了寻找Solaris 8系统内存瓶颈的方法。 关键词：Solaris 8，内存管理，性能优化 一、问题的提出 清华大学计算机与信息管理中心数据中心现有服务器近百台，其中包括了SUN Fire 15000、SUN Enterprise 5500、SUN Enterprise 5000等大型SUN服务器，Solaris 8是主流操作系统。为了对服务器的资源（如CPU、内存、磁盘、网络）的使用情况进行长期监控，建立性能优化（performance tuning）的基准值，我们开发了一套脚本程序定时采集系统运行参数。在长期的监控中，我们发现Solaris 8系统的空闲内存（freemem）呈现一个有趣的变化规律，如图1所示： 图1 空闲内存（freemem）变化图 图1是某Solaris 8系统（在下文中我们称之为15k-a）自2003年2月份以来的freemem 变化情况，横坐标是时间，纵坐标是freemem的数量，以8K字节为单位。15k-a配置是10路Super SPARCIII CPU，10GB物理内存。从上图可以看到在正常运行时，freemem应该是比较稳定的，15k-a主要是运行数据库，数据库在运行时会占用2G内存作为SGA区使用，因此在通常的负载下，freemem保持在6~7G之间是比较正常的。稳定一段时间后，
15k-a的freemem会持续走低，直到最低值，约为18893×8KMB，然后系统开始回收内存，我们就会看到freemem数量急剧上升。freemem的陡降都发生在凌晨1：00之后，检查系统作业发现每天1：00都会有一个数据库备份脚本开始运行：首先是用“exp”命令给数据库做逻辑备份，然后用“cp”命令把备份出来的文件拷贝到后备存储上。这两个命令都是正常退出，没有任何报错。开始时我们曾怀疑是有内存泄漏，当某一天freemem大幅攀升时，此怀疑被解除了，因为如果有内存泄漏，系统是无法将内存回收回来的。 对于一个物理内存为10GB的系统来说，如果空闲内存（freemem）真的减少到不到二百兆，那将存在着严重的问题。但奇怪的是系统的CPU使用率一直很低，所有进程的反应也很快，系统没有任何资源匮乏的迹象。如何解释这些问题呢，为此我们对Solaris 2.x 的内存管理机制进行了研究。 二、Solaris的内存管理机制 Solaris 8的内存管理为虚拟内存管理。[1]简单地说，虚拟内存就是进程看到比它实际使用的物理内存多得多的内存空间，对于64位的Solaris 8操作系统，进程可以通过8K 大小的段寻址访问2的64次方字节的内存空间，这种8K的段被称为页（page）。传统的UNIX通过进程（pagedaemon）完成虚拟地址和物理地址间的转换，在Solaris中这些是通过一个硬件－MMU(Memory Management Unit)－来实现的。在多处理器系统中，每个CPU 都有自己的MMU。Solaris 8的虚拟存储体系由系统寄存器、CPU CACHE、主存（RAM，物理内存）、外存（磁盘、磁带等）构成。 有两个基本的虚拟内存系统管理模型[2]：交换（swapping）和按需换页（demand paged）模型。交换模型的内存管理粒度是用户进程，当内存不足时，最不活跃的进程被交换出内存（swapping out）。按需换页模型的内存管理粒度是页（page），当内存匮乏时，只有最不经常使用的页被换出。Solaris 8结合使用了这两种内存管理模型，在通常情况下使用按需换页模型，当内存严重不足时，使用交换模型来进行内存释放。 与传统UNIX系统相比，Solaris虚拟内存系统的功能要丰富得多，它负责管理所有与I/O和内存相关的对象，包括内核、用户应用程序、共享库和文件系统。传统的UNIX系统V（System V）使用一个单独的缓冲区来加速文件系统的I/O， Solaris 8则使用虚拟内存系统来管理文件系统的缓存，系统的所有空闲内存都可以被用来做为文件I/O缓存，因为RAM的访问速度比磁盘快得多，所以这样做带来的性能提高是可观的。这也意味着在存在大量文件系统I/O的系统上，空闲内存的数量几乎是0。 了解系统内存被分配到了什么地方，系统在什么情况下进行内存整理是系统管理的重
学生学号 实验课成绩 武汉理工大学 学生实验报告书 实验课程名称 计算机操作系统 开 课 学 院 计算机科学与技术学院 指导老师姓名 学 生 姓 名 学生专业班级 2016 — 2017 学年第一学期
实验三 内存管理 一、设计目的、功能与要求 1、实验目的 掌握内存管理的相关内容，对内存的分配和回收有深入的理解。 2、实现功能 模拟实现内存管理机制 3、具体要求 任选一种计算机高级语言编程实现 选择一种内存管理方案：动态分区式、请求页式、段式、段页式等 能够输入给定的内存大小，进程的个数，每个进程所需内存空间的大小等 能够选择分配、回收操作 内购显示进程在内存的储存地址、大小等 显示每次完成内存分配或回收后内存空间的使用情况 二、问题描述 所谓分区，是把内存分为一些大小相等或不等的分区，除操作系统占用一个分区外，其余分区用来存放进程的程序和数据。本次实验中才用动态分区法，也就是在作业的处理过程中划分内存的区域，根据需要确定大小。 动态分区的分配算法：首先从可用表/自由链中找到一个足以容纳该作业的可用空白区，如果这个空白区比需求大，则将它分为两个部分，一部分成为已分配区，剩下部分仍为空白区。最后修改可用表或自由链，并回送一个所分配区的序号或该分区的起始地址。 最先适应法：按分区的起始地址的递增次序，从头查找，找到符合要求的第一个分区。
最佳适应法：按照分区大小的递增次序，查找，找到符合要求的第一个分区。 最坏适应法：按分区大小的递减次序，从头查找，找到符合要求的第一个分区。 三、数据结构及功能设计 1、数据结构 定义空闲分区结构体，用来保存内存中空闲分区的情况。其中size属性表示空闲分区的大小，start_addr表示空闲分区首地址，next指针指向下一个空闲分区。 //空闲分区 typedef struct Free_Block { int size; int start_addr; struct Free_Block *next; } Free_Block; Free_Block *free_block; 定义已分配的内存空间的结构体，用来保存已经被进程占用了内存空间的情况。其中pid作为该被分配分区的编号，用于在释放该内存空间时便于查找。size表示分区的大小，start_addr表示分区的起始地址，process_name存放进程名称，next指针指向下一个分区。 //已分配分区的结构体 typedef struct Allocate_Block { int pid; int size; int start_addr; char process_name[PROCESS_NAME_LEN]; struct Allocate_Block *next; } Allocate_Block; 2、模块说明 2.1 初始化模块 对内存空间进行初始化，初始情况内存空间为空，但是要设置内存的最大容量，该内存空间的首地址，以便之后新建进程的过程中使用。当空闲分区初始化
一页式管理 1 页式管理的基本原理将各进程的虚拟空间划分成若干个长度相等的页(page)，页式管理把内存空间按页的大小划分成片或者页面（page frame），然后把页式虚拟地址与内存地址建立一一对应页表，并用相应的硬件地址变换机构，来解决离散地址变换问题。页式管理采用请求调页或预调页技术实现了内外存存储器的统一管理。 它分为 1 静态页式管理。静态分页管理的第一步是为要求内存的作业或进程分配足够的页面。系统通过存储页面表、请求表以及页表来完成内存的分配工作。静态页式管理解决了分区管理时的碎片问题。但是，由于静态页式管理要求进程或作业在执行前全部装入内存，如果可用页面数小于用户要求时，该作业或进程只好等待。而且作业和进程的大小仍受内存可用页面数的限制。 2 动态页式管理。动态页式管理是在静态页式管理的基础上发展起来的。它分为请求页式管理和预调入页式管理。 优点：没有外碎片，每个内碎片不超过页大小。一个程序不必连续存放。便于改变程序占用空间的大小（主要指随着程序运行而动态生成的数据增多，要求地址空间相应增长，通常由系统调用完成而不是操作系统自动完成）。 缺点：程序全部装入内存。 要求有相应的硬件支持。例如地址变换机构，缺页中断的产生和选择淘汰页面等都要求有相应的硬件支持。这增加了机器成本。增加了系统开销，例如缺页中断处理机，请求调页的算法如选择不当，有可能产生抖动现象。虽然消除了碎片，但每个作业或进程的最后一页内总有一部分空间得不到利用果页面较大，则这一部分的损失仍然较大。 二段式管理的基本思想 把程序按内容或过程（函数）关系分成段，每段有自己的名字。一个用户作业或进程所包含的段对应一个二维线形虚拟空间，也就是一个二维虚拟存储器。段式管理程序以段为单位分配内存，然后通过地址影射机构把段式虚拟地址转换为实际内存物理地址。 程序通过分段(segmentation)划分为多个模块，如代码段、数据段、共享段。其优点是：可以分别编写和编译。可以针对不同类型的段采取不同的保护。可以按段为单位来进行共享，包括通过动态链接进行代码共享。 三段页式管理的实现原理 1 虚地址的构成 一个进程中所包含的具有独立逻辑功能的程序或数据仍被划分为段，并有各自的段号s。这反映相继承了段式管理的特征。其次，对于段s中的程序或数据，则按照一定的大小将其划分为不同的页。和页式系统一样，最后不足一页的部分仍占一页。这反映了段页式管理中的页式特征。从而，段页式管理时的进程的虚拟地址空间中的虚拟地址由三部分组成：即段号s，页号P和页内相对地址d。虚拟空间的最小单位是页而不是段，从而内存可用区也就被划分成为着干个大小相等的页面，且每段所拥有的程序和数据在内存中可以分开存放。分段的大小也不再受内存可用区的限制。 2 段表和页表
一、 JVM简介 JVM是Java Virtual Machine（Java虚拟机）的缩写，JVM是一种用于计算设备的规范，它是一个虚构出来的计算机，是通过在实际的计算机上仿真模拟各种计算机功能来实现的。JVM工作原理和特点主要是指操作系统装入JVM是通过jdk中Java.exe来完成, 首先来说一下JVM工作原理中的jdk这个东西, .JVM 在整个jdk中处于最底层,负责于操作系统的交互,用来屏蔽操作系统环境,提供一个完整的Java运行环境,因此也就虚拟计算机. 操作系统装入JVM是通过jdk中Java.exe来完成。 通过下面4步来完成JVM环境. 1.创建JVM装载环境和配置 2.装载JVM.dll 3.初始化JVM.dll并挂界到JNIENV(JNI调用接口)实例 4.调用JNIEnv实例装载并处理class类。 对于JVM自身的物理结构，我们可以从下图了解：
JVM的一个重要的特征就是它的自动内存管理机制，在执行一段Java代码的时候，会把它所管理的内存划分 成几个不同的数据区域，其中包括： 1. 程序计数器，众所周知，JVM的多线程是通过线程轮流切换并 分配CPU执行时间的方式来实现的，那么每一个线程在切换 后都必须记住它所执行的字节码的行号，以便线程在得到CPU 时间时进行恢复，这个计数器用于记录正在执行的字节码指令的地址，这里要强调的是“字节码”，如果执行的是Native方法，那么这个计数器应该为null； 2.
3. Java计算栈，可以说整个Java程序的执行就是一个出栈入栈 的过程，JVM会为每一个线程创建一个计算栈，用于记录线程中方法的调用和变量的创建，由于在计算栈里分配的内存出栈后立即被抛弃，因此在计算栈里不存在垃圾回收，如果线程请求的栈深度大于JVM允许的深度，会抛出StackOverflowError 异常，在内存耗尽时会抛出OutOfMemoryError异常； 4. Native方法栈，JVM在调用操作系统本地方法的时候会使用到 这个栈； 5. Java堆，由于每个线程分配到的计算栈容量有限，对于可能会 占据大量内存的对象，则会被分配到Java堆中，在栈中包含了指向该对象内存的地址；对于一个Java程序来说，只有一个Java堆，也就是说，所有线程共享一个堆中的对象；由于Java堆不受线程的控制，如果在一个方法结束之后立即回收这个方法使用到的对象，并不能保证其他线程是否正在使用该对象；因此堆中对象的回收由JVM的垃圾收集器统一管理，和某一个线程无关；在HotSpot虚拟机中Java堆被划分为三代：o新生代，正常情况下新创建的对象会被分配到新生代，但如果对象占据的内存足够大以致超过了新生代的容量限 制，也可能被分配到老年代；新生代对象的一个特点是最 新、且生命周期不长，被回收的可能性高；
内存管理模拟 实验目标： 本实验的目的是从不同侧面了解Windows 2000／XP 对用户进程的虚拟内存空间的管理、分配方法。同时需要了解跟踪程序的编写方法(与被跟踪程序保持同步，使用Windows提供的信号量)。对Windows分配虚拟内存、改变内存状态，以及对物理内存(physical memory)和页面文件(pagefile)状态查询的API 函数的功能、参数限制、使用规则要进一步了解。 默认情况下，32 位Windows 2000／XP 上每个用户进程可以占有2GB 的私有地址空间，操作系统占有剩下的2GB。Windows 2000／XP 在X86 体系结构上利用二级页表结构来实现虚拟地址向物理地址的变换。一个32 位虚拟地址被解释为三个独立的分量——页目录索引、页表索引和字节索引——它们用于找出描述页面映射结构的索引。页面大小及页表项的宽度决定了页目录和页表索引的宽度。 实验要求： 使用Windows 2000／XP 的API 函数，编写一个包含两个线程的进程，一个线程用于模拟内存分配活动，一个线程用于跟踪第一个线程的内存行为，而且要求两个线程之间通过信号量实现同步。模拟内存活动的线程可以从一个文件中读出要进行的内存操作，每个内存操作包括如下内容： 时间：操作等待时间。 块数：分配内存的粒度。 操作：包括保留(reserve)一个区域、提交(commit)一个区域、释放(release)一个区域、回收(decommit)一个区域和加锁(lock)与解锁(unlock)一个区域，可以将这些操作编号存放于文件。保留是指保留进程的虚拟地址空间，而不分配物理 存储空间。提交在内存中分配物理存储空间。回收是指释放物理内存空间，但在虚拟地址空间仍然保留，它与提交相对应，即可以回收已经提交的内存块。释放是指将物理存储和虚拟地址空间全部释放，它与保留(reserve)相对应，即可以释放已经保留的内存块。 大小：块的大小。 访问权限：共五种，分别为PAGE_READONLY,PAGE_READWRITE ，PAGE_EXECUTE，PAGE_EXECUTE_READ 和PAGE EXETUTE_READWRITE。可以将这些权限编号存放于文件中跟踪线程将页面大小、已使用的地址范围、物理内存总量，以及虚拟内存总量等信息显示出来。
第7章内存管理 复习题： 7.1.内存管理需要满足哪些需求？ 答：重定位、保护、共享、逻辑组织和物理组织。 7.2.为什么需要重定位进程的能力？ 答：通常情况下，并不能事先知道在某个程序执行期间会有哪个程序驻留在主存中。 此外还希望通过提供一个巨大的就绪进程池，能够把活动进程换入和换出主存，以便使处理器的利用率最大化。在这两种情况下，进程在主存中的确切位置是不可预知的。 7.3.为什么不可能在编译时实施内存保护？ 答：由于程序在主存中的位置是不可预测的，因而在编译时不可能检查绝对地址来确保保护。并且，大多数程序设计语言允许在运行时进行地址的动态计算（例如，通过计算数组下标或数据结构中的指针）。因此，必须在运行时检查进程产生的所有存储器访问，以便确保它们只访问了分配给该进程的存储空间。 7.4.允许两个或多个进程访问进程的某一特定区域的原因是什么？ 答：如果许多进程正在执行同一程序，则允许每个进程访问该程序的同一个副本要比让每个进程有自己单独的副本更有优势。同样，合作完成同一任务的进程可能需要共享访问同一个数据结构。 7.5.在固定分区方案中，使用大小不等的分区有什么好处？ 答：通过使用大小不等的固定分区：1.可以在提供很多分区的同时提供一到两个非常大的分区。大的分区允许将很大的进程全部载入主存中。2.由于小的进程可以被放入小的分区中，从而减少了内部碎片。 7.6.内部碎片和外部碎片有什么区别？ 答：内部碎片是指由于被装入的数据块小于分区大小而导致的分区内部所浪费的空间。外部碎片是与动态分区相关的一种现象，它是指在所有分区外的存储空间会变成越来越多的碎片的。 7.7.逻辑地址、相对地址和物理地址间有什么区别？ 答：逻辑地址是指与当前数据在内存中的物理分配地址无关的访问地址，在执行对内存的访问之前必须把它转化成物理地址。相对地址是逻辑地址的一个特例，是相对于某些已知点（通常是程序的开始处）的存储单元。物理地址或绝对地址是数据在主存中的实际位置。 7.8.页和帧之间有什么区别？ 答：在分页系统中，进程和磁盘上存储的数据被分成大小固定相等的小块，叫做页。 而主存被分成了同样大小的小块，叫做帧。一页恰好可以被装入一帧中。 7.9.页和段之间有什么区别？ 答：分段是细分用户程序的另一种可选方案。采用分段技术，程序和相关的数据被划分成一组段。尽管有一个最大段长度，但并不需要所有的程序的所有段的长度都相等。习题： 7.1. 2.3节中列出了内存管理的5个目标，7.1节中列出了5中需求。请说明它们是一致 的。 答: 重定位≈支持模块化程序设计; 保护≈保护和访问控制以及进程隔离; 共享≈保护和访问控制; 逻辑组织≈支持模块化程序设计; 物理组织≈长期存储及自动分配和管理.
全面介绍Windows内存管理机制及C++内存分配实例 文章整理: https://www.doczj.com/doc/649457290.html, 文章来源: 网络- - 本文背景： 在编程中，很多Windows或C++的内存函数不知道有什么区别，更别谈有效使用；根本的原因是，没有清楚的理解操作系统的内存管理机制，本文企图通过简单的总结描述，结合实例来阐明这个机制。 本文目的： 对Windows内存管理机制了解清楚，有效的利用C++内存函数管理和使用内存。本文内容： 本文一共有六节，由于篇幅较多，故按节发表。 1.进程地址空间 1.1地址空间 ?32|64位的系统|CPU 操作系统运行在硬件CPU上，32位操作系统运行于32位CPU 上，64位操作系统运行于64位CPU上；目前没有真正的64位CPU。 32位CPU一次只能操作32位二进制数；位数多CPU设计越复杂，软件设计越简单。 软件的进程运行于32位系统上，其寻址位也是32位，能表示的空间是232=4G，范围从0x0000 0000~0xFFFF FFFF。 ?NULL指针分区 范围：0x0000 0000~0x0000 FFFF 作用：保护内存非法访问 例子：分配内存时，如果由于某种原因分配不成功，则返回空指针0x0000 0000；当用户继续使用比如改写数据时，系统将因为发生访问违规而退出。 那么，为什么需要那么大的区域呢，一个地址值不就行了吗？我在想，是不是因为不让8或16位的程序运行于32位的系统上呢？！因为NULL分区刚好范围是16的进程空间。 ?独享用户分区 范围：0x0001 0000~0x7FFE FFFF 作用：进程只能读取或访问这个范围的虚拟地址；超越这个范围的行为都 会产生违规退出。 例子： 程序的二进制代码中所用的地址大部分将在这个范围，所有exe 和dll文件都加载到这个。每个进程将近2G的空间是独享的。 注意：如果在boot.ini上设置了/3G，这个区域的范围从2G扩大为3G： 0x0001 0000~0xBFFE FFFF。 ?共享内核分区 范围：0x8000 0000~0xFFFF FFFF 作用：这个空间是供操作系统内核代码、设备驱动程序、设备I/O高速缓存、非页面内存池的分配、进程目表和页表等。 例子： 这段地址各进程是可以共享的。
实验四操作系统存储管理实验报告 一、实验目的 存储管理的主要功能之一是合理地分配空间。请求页式管理是一种常用的虚拟存储管理技术。 本实验的目的是通过请求页式管理中页面置换算法模拟设计，了解虚拟存储技术的特点，掌握请求页式存储管理的页面置换算法。 二、实验内容 （1）通过计算不同算法的命中率比较算法的优劣。同时也考虑了用户内存容量对命中率的影响。 页面失效次数为每次访问相应指令时，该指令所对应的页不在内存中的次数。 在本实验中，假定页面大小为1k，用户虚存容量为32k，用户内存容量为4页到32页。 （2）produce_addstream通过随机数产生一个指令序列，共320条指令。 A、指令的地址按下述原则生成： 1）50%的指令是顺序执行的 2）25%的指令是均匀分布在前地址部分 3）25%的指令是均匀分布在后地址部分 B、具体的实施方法是： 1）在[0，319]的指令地址之间随机选取一起点m； 2）顺序执行一条指令，即执行地址为m+1的指令； 3）在前地址[0，m+1]中随机选取一条指令并执行，该指令的地址为m’； 4）顺序执行一条指令，地址为m’+1的指令 5）在后地址[m’+2，319]中随机选取一条指令并执行； 6）重复上述步骤1）~5），直到执行320次指令 C、将指令序列变换称为页地址流
在用户虚存中，按每k存放10条指令排列虚存地址，即320条指令在虚存中 的存放方式为： 第0条~第9条指令为第0页<对应虚存地址为[0，9]）； 第10条~第19条指令为第1页<对应虚存地址为[10，19]）； 。。。。。。 第310条~第319条指令为第31页<对应虚存地址为[310，319]）； 按以上方式，用户指令可组成32页。 （3）计算并输出下属算法在不同内存容量下的命中率。 1）先进先出的算法 Windows内存管理机制 在编程中，很多Windows或C++的内存函数不知道有什么区别，更别谈有效使用；根本的原因是，没有清楚的理解操作系统的内存管理机制，本文企图通过简单的总结描述，结合实例来阐明这个机制。 本文目的： 对Windows内存管理机制了解清楚，有效的利用C++内存函数管理和使用内存。 本文内容： 本文一共有六节，由于篇幅较多，故按节发表。其他章节请看本人博客的Windows内存管理及C++内存分配实例（一）（二）（三）（四）和（五）。 1. 进程地址空间 2.内存状态查询函数 3.内存管理机制--虚拟内存 (VM) 4.内存管理机制--内存映射文件 (Map) 5.内存管理机制--堆 (Heap) 使用场合 操作系统为每个线程都建立一个默认堆栈，大小为1M。这个堆栈是供函数调用时使用，线程内函数里的各种静态变量都是从这个默认堆栈里分配的。 堆栈结构 默认1M的线程堆栈空间的结构举例如下，其中，基地址为0x0004 0000，刚开始时，CPU的堆栈指针寄存器保存的是栈顶的第一个页面地址 0x0013 F000。第二页面为保护页面。这两页是已经分配物理存储器的可用页面。 随着函数的调用，系统将需要更多的页面，假设需要另外5页，则给这5页提交内存，删除原来页面的保护页面属性，最后一页赋予保护页面属性。 当分配倒数第二页0x0004 1000时，系统不再将保护属性赋予它，相反，它会产生堆栈溢出异常STATUS_STACK_OVERFLOW，如果程序没有处理它，则线程将退出。最后一页始终处于保留状态，也就是说可用堆栈数是没有1M的，之所以不用，是防止线程破坏栈底下面的内存（通过违规访问异常达到目的）。 精心整理西安邮电大学 （计算机学院） 课内实验报告 1. （1 （2 （3 原因，写出实验报告。 2.实验要求： 1）掌握内存分配FF，BF，WF策略及实现的思路； 2）掌握内存回收过程及实现思路； 3）参考本程序思路，实现内存的申请、释放的管理程序，调试运行，总结程序设计中出现的问题并找出原因，写出实验报告。 3.实验过程： 创建进程： 删除其中几个进程：(默认以ff首次适应算法方式排列) Bf最佳适应算法排列方式： wf最差匹配算法排列方式： 4.实验心得： 明 实验中没有用到循环首次适应算法，但是对其他三种的描述还是很详细，总的来说，从实验中还是学到了很多。 5.程序源代码： #include #define PROCESS_NAME_LEN 32 //进程名长度 #define MIN_SLICE 10 //最小碎片的大小#define DEFAULT_MEM_SIZE 1024 //内存大小 #define DEFAULT_MEM_START 0 //起始位置 /*内存分配算法*/ #define MA_FF 1 #define MA_BF 2 #define MA_WF 3 /*描述每一个空闲块的数据结构*/ struct free_block_type { }; /* /* { }; /* /* void display_menu(); int set_mem_size(); void set_algorithm(); void rearrange(int algorithm); int rearrange_WF(); int rearrange_BF(); int rearrange_FF(); int new_process(); int allocate_mem(struct allocated_block *ab); 内存分段和请求式分页 在深入i386架构的技术细节之前，让我们先返回1978年，那一年Intel 发布了PC处理器之母：8086。我想将讨论限制到这个有重大意义的里程碑上。如果你打算知道更多，阅读Robert L.的80486程序员参考（Hummel 1992）将是一个很棒的开始。现在看来这有些过时了，因为它没有涵盖Pentium处理器家族的新特性；不过，该参考手册中仍保留了大量i386架构的基本信息。尽管8086能够访问1MB RAM的地址空间，但应用程序还是无法“看到”整个的物理地址空间，这是因为CPU寄存器的地址仅有16位。这就意味着应用程序可访问的连续线性地址空间仅有64KB，但是通过16位段寄存器的帮助，这个64KB大小的内存窗口就可以在整个物理空间中上下移动，64KB逻辑空间中的线性地址作为偏移量和基地址（由16位的段寄存器给处）相加，从而构成有效的20位地址。这种古老的内存模型仍然被最新的Pentium CPU支持，它被称为：实地址模式，通常叫做：实模式。 80286 CPU引入了另一种模式，称为：受保护的虚拟地址模式，或者简单的称之为：保护模式。该模式提供的内存模型中使用的物理地址不再是简单的将线性地址和段基址相加。为了保持与8086和80186的向后兼容，80286仍然使用段寄存器，但是在切换到保护模式后，它们将不再包含物理段的地址。替代的是，它们提供了一个选择器（selector），该选择器由一个描述符表的索引构成。描述符表中的每一项都定义了一个24位的物理基址，允许访问16MB RAM，在当时这是一个很不可思议的数量。不过，80286仍然是16位CPU，因此线性地址空间仍然被限制在64KB。 1985年的80386 CPU突破了这一限制。该芯片最终砍断了16位寻址的锁链，将线性地址空间推到了4GB，并在引入32位线性地址的同时保留了基本的选择器/描述符架构。幸运的是，80286的描述符结构中还有一些剩余的位可以拿来使用。从16位迁移到32位地址后，CPU的数据寄存器的大小也相应的增加了两倍，并同时增加了一个新的强大的寻址模型。真正的32位的数据和地址为程序员带了实际的便利。事实上，在微软的Windows平台真正完全支持32位模型是在好几年之后。Windows NT的第一个版本在1993年7月26日发布，实现了真正意义上的Win32 API。但是Windows 3.x程序员仍然要处理由独立的代码和数据段构成的64KB内存片，Windows NT提供了平坦的4GB地址空间，在那儿可以使用简单的32位指针来寻址所有的代码和数据，而不需要分段。在内部，当然，分段仍然在起作用，就像我在前面提及的那样。不过管理段的所有责任都被移给了操作系统。Windows内存管理机制
操作系统实验内存分配
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