利用系统：内存管理计谋

外部碎片

当应用程序启动时，由利用系统负责给该应用程序分配其内存空间，假设此时启动了三个应用程序，利用系统分别给其分配了100m，10m和50m的内存，内存环境如下图

此时如果程序B下线，程序A和程序C之间便会空出10m内存，此时如果没有10m以下的应用启动来添补这部分内存，那么这部分内存资源便会被浪费。
 

这便是内存的外部碎片问题，为了解决内存的外部碎片问题，利用系统利用页式内存管理方式，尽可能减少外部碎片的巨细（无法完全清除），通过将内存分为巨细同等的内存页，将一个应用程序拆开，存储在不同页中，当下电脑64位和32位就是根据分页巨细不同界说的（分别时8k和4k）。
页式存储

利用系统将内存分配8k或4k巨细的内存页，我们这里称其位物理内存页，当一个应用程序启动时，利用系统将不会在刻意的给其分配连续的内存空间，而是随机分配给应用程序不一定是连续的内存页。

通过这样利用，外部碎片的问题是解决了，不过散落在内存各处的应用程序碎片，cpu实行时该怎样探求呢？利用系统提供了页表布局。
起首，应用程序内部利用一种虚拟地点。虚拟地点是连续的，其中高位表现当前物理内存页的页号，而低位则表现当前物理内存也中，当前地点距离当前物理内存页的物理页框号（物理内存页的第一行的真实物理地点）的偏移量。而页表内部则是记录页号和物理页框号的位置。
当cpu实行当前应用程序的机器码时，起首它会根据连续的虚拟地点去页表中查找真实的物理内存页，再通过低位去找到物理内存页的对应偏移量的真实物理地点。

 通过这种方式，将应用程序所需内存拆分为8k巨细，分配给内存中8k巨细的页，然后通过页表记录虚拟地点和真实物理地点之见的映射关系，可以很好的解决外部碎片问题，外部碎片最大不会超过8k。不过内存可以分为大量8k巨细的物理内存页，通过页表记录这些大量的内存页，也必要大量的内存控制，这些内存空间也注定会超过8k，以是纵然是页表，也必要进行分页，这就是多级页表。
多级页表将页表拆分为多个8k巨细，分配8k物理内存页，在由另一个页表记录当前页表的虚拟地点和真实物理地点的关系，通过一个利用系统，必要三四级页表，才能记录全部页表信息。
动态内存分配及页表生成

利用系统会分配给一个应用程序固定的内存巨细，纵然是页式内存管理下也不例外。但一个应用程序通常不会完全利用利用系统分配的内存，当利用系统为应用程序没有利用的内存分配物理内存页时，便会造成内存浪费。

为了解决这个问题，利用系统接纳不给应用程序未利用的空间分配物理内存页，甚至页表的初始状态只有第一级的页表，页表内部也只有虚拟地点没有与其映射的页框地点，以及程序的第一行物理地点等，其余大部分页表信息都是在访问程序时才对页表进行添补。
当cpu必要实行应用程序的机器码时，必要通过页表查询真实物理地点，第一次访问时页表并没有记录相关信息，此时会触发页面错误。利用系统在捕获到这个错误后，会跳转到应用程序的内核态，获取对应的页框添补页表信息，也就是说只有当页面虚拟地点被访问时，其页表中的虚拟地点映射的页框才会被添补。

其中空闲区域的虚拟地点也会在页表中表现，不过多级页表中，记录虚拟地点的页表也是动态生成的，以是连续的空闲区域的虚拟地点实际上并不会访问，也就不会生成对应页表，对应页表的内存资源也会被节省。
TLB缓存

一个应用程序所占利用的物理地点极多，每次实行对应地点的机器码，都必要区页表中查找，页表生存在内存中，固然内存的访问速度较快，不过在实行程序过程中，必要大量的访问页表，内存的访问速度也无法保证程序的快速运行，以是我们必要一个IO速度更快的存储单位。
TLB缓存是CPU上的硬件单元，TLB缓存的IO速度极快，是内存的几十倍到一百倍，访问速度接进于寄存器，不过其存储空间仍然有限，不敷以存下整个页表，以是他只能存储部分页表，当CPU访问页表时，会起首访问TLB缓存，如果存在虚拟地点和页框的对应关系，则直接利用，如果没有则取访问页表，并将本次访问的虚拟地点和页框关系记录在TLB中，更换掉旧的记录。
以是我们在一样平常写代码应该只管连续访问连续内存数据，这样可以只管使两个机器码在同一物理内存页中，提高TLB的命中率，进而提高程序性能。

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