抽象：地址空间
1、操作系统需要提供一个易用（easy to use）的物理内存抽象。这个抽象叫作地址空间（address space），是运行的程序看到 的系统中的内存。
2、虚拟内存：虚拟内存系统负责为程序提供一个巨大的、稀疏的、私有的地址空间的假象，其中保存了程序的所有指令和数据。
3、栈和堆：
栈（stack）来保存当前的函数调用信息，分配空间给局部变量，传递参数和函数返回值。 堆（heap）用于管理动态分配的、用户管理的内存。
4、隔离是建立可靠系统的关键原则。
5、虚拟内存系统的主要目标：
- 透明：操作系统实现虚拟内存的方式，应该让运行的程序看不见。
- 效率：操作系统应该追求虚拟化尽可能高效。包括时间上和空间上。
- 保护：操作系统应确保进程受到保护（protect），不会受其他进程影响，操作系统本身也不会受进程影响。
内存操作API
1、内存两种类型：
- 栈内存：它的申请和释放操作是编译器来隐式管理。有时也称为自动（automatic）内存。
- 堆内存：其中所有的申请和释放操作都由程序员显式地完成。
2、malloc()调用：
基本用法：malloc 函数非常简单：传入要申请的堆空间的大小，它成功就返回一个指向新申请空间的指针，失败就返回NULL。
比如：
//size_t 类型参数，该参数表示你需要多少个字节
void *malloc(size_t size);
或者
double *d = (double *) malloc(sizeof(double));
再或者
int *x = malloc(10 * sizeof(int));
3、free()调用：
要释放不再使用的堆内存，程序员只需调用free()。
int *x = malloc(10 * sizeof(int));
...
free(x);
4、值得注意的是：malloc()调用和free()调用。都不是系统调用，而是库调用。
地址转换
1、回顾：
在实现CPU 虚拟化时，我们遵循的一般准则被称为受限直接访问（Limited Direct Execution，LDE）。
LDE 背后的想法很简单：让程序运行的大部分指令直接访问硬件，只在一些关键点（如进程发起系统调用或发生时钟中断）由操作系统介入来确保“在正确时间，正确的地点，做正确的事”。
2、地址转换（address translation）：
可以看成是受限直接执行这种一般方法的补充。
作用：将指令中的虚拟（virtual）地址转换为数据实际存储的物理（physical）地址。
3、动态（基于硬件）重定位：称为基址加界限机制（base and bound），有时又称为动态重定位。
具体实现：每个CPU 需要两个硬件寄存器：基址（base）寄存器和界限（bound）寄存器，有时称为限制（limit）寄存器。
physical address = virtual address + base
4、操作系统所做的事儿（针对地址转换功能）：
- 第一，在进程创建时，操作系统必须采取行动，为进程的地址空间找到内存空间。
- 第二，在进程终止时（正常退出，或因行为不端被强制终止），操作系统也必须做一些 工作，回收它的所有内存，给其他进程或者操作系统使用。
- 第三，在上下文切换时，操作系统也必须执行一些额外的操作。
- 第四，操作系统必须提供异常处理程序（exception handler），或要一些调用的函数。
空闲空间管理
1、外部碎片和内部碎片：
- 外部碎片：未分配空间的碎片。
- 内部碎片：浪费发生在已分配单元的内部。
2、底层机制：
- 分割与合并
- 追踪已分配空间的大小
- 嵌入空闲列表
- 让堆增长
3、基本策略：
- 最优匹配：首先遍历整个空闲列表，找到和请求大小一样或更大的空闲块，然后返回这组候选者中最小的一块。
- 最差匹配：尝试找最大的空闲块，分割并满足用户需求后，将剩余的块（很大）加入空闲列表。
- 首次匹配：第一个足够大的块，将请求的空间返回给用户。
- 下次匹配：不同于首次匹配每次都从列表的开始查找，下次匹配（next fit）算法多维护一个指针，指向上一次查找结束的位置。其想法是将对空闲空间的查找操作扩散到整个列表中去，避免对列表开头频繁的分割。
4、其他方式：
- 分离空闲列表：如果某个应用程序经常申请一种（或几种）大小的内存空间，那就用一个独立的列表，只管理这样大小的对象。其他大小的请求都一给更通用的内存分配程序。
- 伙伴系统（二分伙伴分配程序）
注：
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