计算机基础知识03

内存管理

内存管理的发展历程

DOS时代 - 同一时间只能有一个进程在运行（也有一些特殊算法可以支持多进程）

windows9x - 多个进程装入内存 1：内存不够用 2：互相打扰

为了解决这两个问题，诞生了现在的内存管理系统：虚拟地址 分页装入 软硬件结合寻址

程序在磁盘存储的时候，已经按块存储了，每块4k用于加载到内存页中，并产生页表，在页表中记录每块的功能，比如执行程序在第二块，那么在执行程序的时候，会把第二块加载到内存中用于执行，当执行完以后发现要用第三块，在把第三块加载到内存页中；

1. 分页（内存不够用），内存中分成固定大小的页框（4K），把程序（硬盘上）分成4K大小的块，用到哪一块，加载那一块，加载的过程中，如果内存已经满了，会把最不常用的一块放到swap分区， 把最新的一块加载进来，这个就是著名的LRU算法

   1. LRU算法 LeetCode146题，头条要求手撕，阿里去年也要求手撕
   2. Least Recently Used 最不常用
   3. 哈希表（保证 查找操作O(1)） + 链表 （保证 排序操作和新增操作 O(1)））
   4. 双向链表 （保证 左边指针 指向右边块）

2. 虚拟内存（解决相互打扰问题）

   1. DOS Win31 ... 互相干掉
   2. 为了保证互不影响 - 让进程工作在虚拟空间，程序中用到的空间地址不再是直接的物理地址，而是虚拟的地址，这样，A进程永远不可能访问到B进程的空间
   3. 虚拟空间多大呢？寻址空间 - 64位系统 2 ^ 64，比物理空间大很多 ，单位是byte
   4. 站在虚拟的角度，进程是独享整个系统 + CPU
   5. 内存映射：偏移量 + 段的基地址 = 线性地址 （虚拟空间）
   6. 线性地址通过 OS + MMU（硬件 Memory Management Unit）

3. 缺页中断（不是很重要）：

   1. 需要用到页面内存中没有，产生缺页异常（中断），由内核处理并加载

ZGC

算法叫做：Colored Pointer

GC信息记录在指针上，不是记录在头部， immediate memory use

42位指针 寻址空间4T JDK13 -> 16T 目前为止最大16T 2^44

CPU如何区分一个立即数 和 一条指令

总线内部分为：数据总线 地址总线 控制总线

地址总线目前：48位

颜色指针本质上包含了地址映射的概念

内核同步机制

关于同步理论的一些基本概念

•临界区（critical area）: 访问或操作共享数据的代码段 简单理解：synchronized大括号中部分（原子性）

•竞争条件（race conditions）两个线程同时拥有临界区的执行权

•数据不一致：data unconsistency 由竞争条件引起的数据破坏

•同步（synchronization）避免race conditions

•锁：完成同步的手段（门锁，门后是临界区，只允许一个线程存在） 上锁解锁必须具备原子性

•原子性（象原子一样不可分割的操作）

•有序性（禁止指令重排）

•可见性（一个线程内的修改，另一个线程可见）

互斥锁 排他锁 共享锁 分段锁

内核同步常用方法

1.原子操作 – 内核中类似于AtomicXXX，位于<linux/types.h>

2.自旋锁 – 内核中通过汇编支持的cas，位于<asm/spinlock.h>

3.读-写自旋 – 类似于ReadWriteLock，可同时读，只能一个写 读的时候是共享锁，写的时候是排他锁

4.信号量 – 类似于Semaphore(PV操作 down up操作 占有和释放） 重量级锁，线程会进入wait，适合长时间持有的锁情况

5.读-写信号量 – downread upread downwrite upwrite （多个写，可以分段写，比较少用）(分段锁）

6.互斥体(mutex) – 特殊的信号量（二值信号量）

7.完成变量 – 特殊的信号量（A发出信号给B，B等待在完成变量上） vfork() 在子进程结束时通过完成变量叫醒父进程 类似于(Latch)

8.BKL：大内核锁（早期，现在已经不用）

9.顺序锁（2.6）： – 线程可以挂起的读写自旋锁 序列计数器（从0开始，写时增加(+1)，写完释放(+1)，读前发现单数， 说明有写线程，等待，读前读后序列一样，说明没有写线程打断）

10.禁止抢占 – preempt_disable()

11.内存屏障 – 见volatile