內存演算法

『壹』 請把內存GB與MB，KB等有關的，之間的換算

MB、KB之類的是電腦的容量單位
常用的單位換算如下：
1024KB＝1MB
1024MB＝1GB
1024GB＝1TB
更詳細的你可以在網路上搜索，不過一般用不上

內存的概念

英文名稱：Memory
拼音：nèi cún

【內存簡介】

在計算機的組成結構中，有一個很重要的部分，就是存儲器。存儲器是用來存儲程序和數據的部件，對於計算機來說，有了存儲器，才有記憶功能，才能保證正常工作。存儲器的種類很多，按其用途可分為主存儲器和輔助存儲器，主存儲器又稱內存儲器（簡稱內存）。

內存是電腦中的主要部件，它是相對於外存而言的。我們平常使用的程序，如Windows98系統、打字軟體、游戲軟體等，一般都是安裝在硬碟等外存上的，但僅此是不能使用其功能的，必須把它們調入內存中運行，才能真正使用其功能，我們平時輸入一段文字，或玩一個游戲，其實都是在內存中進行的。通常我們把要永久保存的、大量的數據存儲在外存上，而把一些臨時的或少量的數據和程序放在內存上。

【內存概述】

內存就是存儲程序以及數據的地方，比如當我們在使用WPS處理文稿時，當你在鍵盤上敲入字元時，它就被存入內存中，當你選擇存檔時，內存中的數據才會被存入硬（磁）盤。在進一步理解它之前，還應認識一下它的物理概念。

內存一般採用半導體存儲單元，包括隨機存儲器（RAM），只讀存儲器（ROM），以及高速緩存（CACHE）。只不過因為RAM是其中最重要的存儲器。S （SYSNECRONOUS）DRAM 同步動態隨機存取存儲器：SDRAM為168腳，這是目前PENTIUM及以上機型使用的內存。SDRAM將CPU與RAM通過一個相同的時鍾鎖在一起，使CPU和RAM能夠共享一個時鍾周期，以相同的速度同步工作，每一個時鍾脈沖的上升沿便開始傳遞數據，速度比EDO內存提高50%。DDR （DOUBLE DATA RAGE）RAM ：SDRAM的更新換代產品，他允許在時鍾脈沖的上升沿和下降沿傳輸數據，這樣不需要提高時鍾的頻率就能加倍提高SDRAM的速度。

●只讀存儲器（ROM）

ROM表示只讀存儲器（Read Only Memory），在製造ROM的時候，信息（數據或程序）就被存入並永久保存。這些信息只能讀出，一般不能寫入，即使機器掉電，這些數據也不會丟失。 ROM一般用於存放計算機的基本程序和數據，如BIOS ROM。其物理外形一般是雙列直插式（DIP）的集成塊。

●隨機存儲器（RAM）

隨機存儲器（Random Access Memory）表示既可以從中讀取數據，也可以寫入數據。當機器電源關閉時，存於其中的數據就會丟失。我們通常購買或升級的內存條就是用作電腦的內存，內存條（SIMM）就是將RAM集成塊集中在一起的一小塊電路板，它插在計算機中的內存插槽上，以減少RAM集成塊佔用的空間。目前市場上常見的內存條有 128M／條、256M／條、512M／條等。

●高速緩沖存儲器（Cache）

Cache也是我們經常遇到的概念，它位於CPU與內存之間，是一個讀寫速度比內存更快的存儲器。當CPU向內存中寫入或讀出數據時，這個數據也被存儲進高速緩沖存儲器中。當CPU再次需要這些數據時，CPU就從高速緩沖存儲器讀取數據，而不是訪問較慢的內存，當然，如需要的數據在Cache中沒有， CPU會再去讀取內存中的數據。

●物理存儲器和地址空間

物理存儲器和存儲地址空間是兩個不同的概念。但是由於這兩者有十分密切的關系，而且兩者都用B、KB、MB、GB來度量其容量大小，因此容易產生認識上的混淆。初學者弄清這兩個不同的概念，有助於進一步認識內存儲器和用好內存儲器。

物理存儲器是指實際存在的具體存儲器晶元。如主板上裝插的內存條和裝載有系統的BIOS的ROM晶元，顯示卡上的顯示RAM晶元和裝載顯示BIOS的ROM晶元，以及各種適配卡上的RAM晶元和ROM晶元都是物理存儲器。

存儲地址空間是指對存儲器編碼（編碼地址）的范圍。所謂編碼就是對每一個物理存儲單元（一個位元組）分配一個號碼，通常叫作「編址」。分配一個號碼給一個存儲單元的目的是為了便於找到它，完成數據的讀寫，這就是所謂的「定址」（所以，有人也把地址空間稱為定址空間）。

地址空間的大小和物理存儲器的大小並不一定相等。舉個例子來說明這個問題：某層樓共有17個房間，其編號為801～817。這17個房間是物理的，而其地址空間採用了三位編碼，其范圍是800～899共100個地址，可見地址空間是大於實際房間數量的。

對於386以上檔次的微機，其地址匯流排為32位，因此地址空間可達232即4GB。但實際上我們所配置的物理存儲器通常只有1MB、2MB、4MB、8MB、16MB、32MB等，遠小於地址空間所允許的范圍。

好了，現在可以解釋為什麼會產生諸如：常規內存、保留內存、上位內存、高端內存、擴充內存和擴展內存等不同內存類型。

【內存概念】

各種內存概念

這里需要明確的是，我們討論的不同內存的概念是建立在定址空間上的。

IBM推出的第一台PC機採用的CPU是8088晶元，它只有20根地址線，也就是說，它的地址空間是1MB。
PC機的設計師將1MB中的低端640KB用作RAM，供DOS及應用程序使用，高端的384KB則保留給ROM、視頻適配卡等系統使用。從此，這個界限便被確定了下來並且沿用至今。低端的640KB就被稱為常規內存即PC機的基本RAM區。保留內存中的低128KB是顯示緩沖區，高64KB是系統 BIOS（基本輸入／輸出系統）空間，其餘192KB空間留用。從對應的物理存儲器來看，基本內存區只使用了512KB晶元，佔用0000至80000這 512KB地址。顯示內存區雖有128KB空間，但對單色顯示器（MDA卡）只需4KB就足夠了，因此只安裝4KB的物理存儲器晶元，佔用了B0000至 B10000這4KB的空間，如果使用彩色顯示器（CGA卡）需要安裝16KB的物理存儲器，佔用B8000至BC000這16KB的空間，可見實際使用的地址范圍都小於允許使用的地址空間。

在當時（1980年末至1981年初）這么「大」容量的內存對PC機使用者來說似乎已經足夠了，但是隨著程序的不斷增大，圖象和聲音的不斷豐富，以及能訪問更大內存空間的新型CPU相繼出現，最初的PC機和MS－DOS設計的局限性變得越來越明顯。

●1.什麼是擴充內存？

到1984年，即286被普遍接受不久，人們越來越認識到640KB的限制已成為大型程序的障礙，這時，Intel和Lotus，這兩家硬、軟體的傑出代表，聯手制定了一個由硬體和軟體相結合的方案，此方法使所有PC機存取640KB以上RAM成為可能。而Microsoft剛推出Windows不久，對內存空間的要求也很高，因此它也及時加入了該行列。

在1985年初，Lotus、Intel和Microsoft三家共同定義了LIM－EMS，即擴充內存規范，通常稱EMS為擴充內存。當時，EMS需要一個安裝在I／O槽口的內存擴充卡和一個稱為EMS的擴充內存管理程序方可使用。但是I／O插槽的地址線只有24位（ISA匯流排），這對於386以上檔次的32位機是不能適應的。所以，現在已很少使用內存擴充卡。現在微機中的擴充內存通常是用軟體如DOS中的EMM386把擴展內存模擬或擴充內存來使用。所以，擴充內存和擴展內存的區別並不在於其物理存儲器的位置，而在於使用什麼方法來讀寫它。下面將作進一步介紹。

前面已經說過擴充存儲器也可以由擴展存儲器模擬轉換而成。EMS的原理和XMS不同，它採用了頁幀方式。頁幀是在1MB空間中指定一塊64KB空間（通常在保留內存區內，但其物理存儲器來自擴展存儲器），分為4頁，每頁16KB。EMS存儲器也按16KB分頁，每次可交換4頁內容，以此方式可訪問全部 EMS存儲器。符合EMS的驅動程序很多，常用的有EMM386.EXE、QEMM、TurboEMS、386MAX等。DOS和Windows中都提供了EMM386.EXE。

●2.什麼是擴展內存？

我們知道，286有24位地址線，它可定址16MB的地址空間，而386有32位地址線，它可定址高達4GB的地址空間，為了區別起見，我們把1MB以上的地址空間稱為擴展內存XMS（eXtend memory）。

在386以上檔次的微機中，有兩種存儲器工作方式，一種稱為實地址方式或實方式，另一種稱為保護方式。在實方式下，物理地址仍使用20位，所以最大定址空間為1MB，以便與8086兼容。保護方式採用32位物理地址，定址范圍可達4GB。DOS系統在實方式下工作，它管理的內存空間仍為1MB，因此它不能直接使用擴展存儲器。為此，Lotus、Intel、AST及Microsoft公司建立了MS－DOS下擴展內存的使用標准，即擴展內存規范XMS。我們常在Config.sys文件中看到的Himem.sys就是管理擴展內存的驅動程序。

擴展內存管理規范的出現遲於擴充內存管理規范。

●3.什麼是高端內存區？

在實方式下，內存單元的地址可記為：

段地址：段內偏移

通常用十六進制寫為XXXX：XXXX。實際的物理地址由段地址左移4位再和段內偏移相加而成。若地址各位均為1時，即為FFFF：FFFF。其實際物理地址為：FFF0＋FFFF=10FFEF，約為1088KB（少16位元組），這已超過1MB范圍進入擴展內存了。這個進入擴展內存的區域約為64KB，是1MB以上空間的第一個64KB。我們把它稱為高端內存區HMA（High Memory Area）。HMA的物理存儲器是由擴展存儲器取得的。因此要使用HMA，必須要有物理的擴展存儲器存在。此外HMA的建立和使用還需要XMS驅動程序 HIMEM.SYS的支持，因此只有裝入了HIMEM.SYS之後才能使用HMA。

●4.什麼是上位內存？

為了解釋上位內存的概念，我們還得回過頭看看保留內存區。保留內存區是指640KB～1024KB（共384KB）區域。這部分區域在PC誕生之初就明確是保留給系統使用的，用戶程序無法插足。但這部分空間並沒有充分使用，因此大家都想對剩餘的部分打主意，分一塊地址空間（注意：是地址空間，而不是物理存儲器）來使用。於是就得到了又一塊內存區域UMB。

UMB（Upper Memory Blocks）稱為上位內存或上位內存塊。它是由擠占保留內存中剩餘未用的空間而產生的，它的物理存儲器仍然取自物理的擴展存儲器，它的管理驅動程序是EMS驅動程序。

●5.什麼是SHADOW（影子）內存？

對於細心的讀者，可能還會發現一個問題：即是對於裝有1MB或1MB以上物理存儲器的機器，其640KB～1024KB這部分物理存儲器如何使用的問題。由於這部分地址空間已分配為系統使用，所以不能再重復使用。為了利用這部分物理存儲器，在某些386系統中，提供了一個重定位功能，即把這部分物理存儲器的地址重定位為1024KB～1408KB。這樣，這部分物理存儲器就變成了擴展存儲器，當然可以使用了。但這種重定位功能在當今高檔機器中不再使用，而把這部分物理存儲器保留作為Shadow存儲器。Shadow存儲器可以占據的地址空間與對應的ROM是相同的。Shadow由RAM組成，其速度大大高於ROM。當把ROM中的內容（各種BIOS程序）裝入相同地址的Shadow RAM中，就可以從RAM中訪問BIOS，而不必再訪問ROM。這樣將大大提高系統性能。因此在設置CMOS參數時，應將相應的Shadow區設為允許使用（Enabled）。

●6、什麼是奇/偶校驗？

奇/偶校驗（ECC）是數據傳送時採用的一種校正數據錯誤的一種方式，分為奇校驗和偶校驗兩種。

如果是採用奇校驗，在傳送每一個位元組的時候另外附加一位作為校驗位，當實際數據中「1」的個數為偶數的時候，這個校驗位就是「1」，否則這個校驗位就是 「0」，這樣就可以保證傳送數據滿足奇校驗的要求。在接收方收到數據時，將按照奇校驗的要求檢測數據中「1」的個數，如果是奇數，表示傳送正確，否則表示傳送錯誤。

同理偶校驗的過程和奇校驗的過程一樣，只是檢測數據中「1」的個數為偶數。

總結

經過上面分析，內存儲器的劃分可歸納如下：

●基本內存 占據0～640KB地址空間。
●保留內存 占據640KB～1024KB地址空間。分配給顯示緩沖存儲器、各適配卡上的ROM和系統ROM BIOS，剩餘空間可作上位內存UMB。UMB的物理存儲器取自物理擴展存儲器。此范圍的物理RAM可作為Shadow RAM使用。
●上位內存（UMB） 利用保留內存中未分配使用的地址空間建立，其物理存儲器由物理擴展存儲器取得。UMB由EMS管理，其大小可由EMS驅動程序設定。
●高端內存（HMA） 擴展內存中的第一個64KB區域（1024KB～1088KB）。由HIMEM.SYS建立和管理。
●XMS內存 符合XMS規范管理的擴展內存區。其驅動程序為HIMEM.SYS。
●EMS內存 符合EMS規范管理的擴充內存區。其驅動程序為EMM386.EXE等。

『貳』 什麼是tlsf內存分配演算法 它和普通的內存分配演算法有什麼區別

深入了解TLSF內存分配演算法：實時系統的新選擇

在探討計算機系統的內存管理策略時，一個獨特的演算法——TLSF（Tiny Low Latency Scheling First Fit）引起了我們的關注。許多人可能對實時系統的定義有所混淆，誤以為游戲或游戲引擎就代表了實時系統，實際上，即使在實時渲染中，也並非所有情況都屬於嚴格意義上的實時系統。

TLSF演算法的獨特之處在於它的常數時間分配特性，這對於那些對響應時間有極高要求的實時系統來說，無疑是個福音。無論內存分配的數量如何，TLSF都能保證在短時間內完成，提供了一個可預期的性能基礎。然而，這並不意味著它一定是最快的，實時系統追求的是穩定和可預測性，而非極致速度。相比之下，一般系統可能更注重速度，對響應時間的穩定性要求較低。

值得一提的是，TLSF已經有一個開源實現供開發者使用，由OlegHahm/tlsf項目提供。這個開源項目為開發者們提供了一個實踐和優化TLSF內存分配演算法的平台，讓他們能在自己的實時系統項目中體驗到這個演算法的優勢。

總的來說，TLSF內存分配演算法因其在實時系統中對性能可預測性的保障，與普通內存分配演算法形成了鮮明的對比。如果你正面臨對實時性有高要求的項目，TLSF無疑是一個值得深入研究和考慮的選擇。現在，你已經對這個演算法有了初步的認識，不妨深入研究它的原理和實現，看看它如何在你的系統中發揮魔力。

『叄』 幾種常見的內存分配演算法

微軟新開發的內存分配器mimalloc因其出色性能引起了關注，官方測試顯示比tcmalloc快7%，jemalloc快14%，盡管代碼量僅有幾千行。本文將深入介紹幾種常見的內存分配演算法，以便更好地理解mimalloc的實現原理。

首先，linear allocator以預先分配內存塊的方式運作，分配出去的內存不需釋放，僅在結束時回收整塊。這種策略適合局部邏輯中大量小對象的場景，能顯著提升分配效率。

相比之下，fixed size allocator專門分配和釋放固定大小的內存，通過預創建內存塊並切割為小塊組成freelist。它在現代內存管理器中扮演重要角色，支持不同大小對象的快速創建。

夥伴分配器（buddy allocator）則能分配不同大小的內存，大小需為2的冪。釋放內存時，它會合並空閑的夥伴內存，形成更大內存。buddy allocator通過freelist數組和二叉樹結構實現，代碼和圖例結合能幫助理解。

盡管如此，實現通用且高效的內存管理器絕非易事，需要考慮OS介面抽象、多線程性能、安全性和診斷性等復雜問題。這表明內存分配背後是復雜的指針和鏈表操作，通過實踐這些演算法，我們能更深入地理解這些概念。