内存算法

‘壹’ 请把内存GB与MB，KB等有关的，之间的换算

MB、KB之类的是电脑的容量单位
常用的单位换算如下：
1024KB＝1MB
1024MB＝1GB
1024GB＝1TB
更详细的你可以在网络上搜索，不过一般用不上

内存的概念

英文名称：Memory
拼音：nèi cún

【内存简介】

在计算机的组成结构中，有一个很重要的部分，就是存储器。存储器是用来存储程序和数据的部件，对于计算机来说，有了存储器，才有记忆功能，才能保证正常工作。存储器的种类很多，按其用途可分为主存储器和辅助存储器，主存储器又称内存储器（简称内存）。

内存是电脑中的主要部件，它是相对于外存而言的。我们平常使用的程序，如Windows98系统、打字软件、游戏软件等，一般都是安装在硬盘等外存上的，但仅此是不能使用其功能的，必须把它们调入内存中运行，才能真正使用其功能，我们平时输入一段文字，或玩一个游戏，其实都是在内存中进行的。通常我们把要永久保存的、大量的数据存储在外存上，而把一些临时的或少量的数据和程序放在内存上。

【内存概述】

内存就是存储程序以及数据的地方，比如当我们在使用WPS处理文稿时，当你在键盘上敲入字符时，它就被存入内存中，当你选择存盘时，内存中的数据才会被存入硬（磁）盘。在进一步理解它之前，还应认识一下它的物理概念。

内存一般采用半导体存储单元，包括随机存储器（RAM），只读存储器（ROM），以及高速缓存（CACHE）。只不过因为RAM是其中最重要的存储器。S （SYSNECRONOUS）DRAM 同步动态随机存取存储器：SDRAM为168脚，这是目前PENTIUM及以上机型使用的内存。SDRAM将CPU与RAM通过一个相同的时钟锁在一起，使CPU和RAM能够共享一个时钟周期，以相同的速度同步工作，每一个时钟脉冲的上升沿便开始传递数据，速度比EDO内存提高50%。DDR （DOUBLE DATA RAGE）RAM ：SDRAM的更新换代产品，他允许在时钟脉冲的上升沿和下降沿传输数据，这样不需要提高时钟的频率就能加倍提高SDRAM的速度。

●只读存储器（ROM）

ROM表示只读存储器（Read Only Memory），在制造ROM的时候，信息（数据或程序）就被存入并永久保存。这些信息只能读出，一般不能写入，即使机器掉电，这些数据也不会丢失。 ROM一般用于存放计算机的基本程序和数据，如BIOS ROM。其物理外形一般是双列直插式（DIP）的集成块。

●随机存储器（RAM）

随机存储器（Random Access Memory）表示既可以从中读取数据，也可以写入数据。当机器电源关闭时，存于其中的数据就会丢失。我们通常购买或升级的内存条就是用作电脑的内存，内存条（SIMM）就是将RAM集成块集中在一起的一小块电路板，它插在计算机中的内存插槽上，以减少RAM集成块占用的空间。目前市场上常见的内存条有 128M／条、256M／条、512M／条等。

●高速缓冲存储器（Cache）

Cache也是我们经常遇到的概念，它位于CPU与内存之间，是一个读写速度比内存更快的存储器。当CPU向内存中写入或读出数据时，这个数据也被存储进高速缓冲存储器中。当CPU再次需要这些数据时，CPU就从高速缓冲存储器读取数据，而不是访问较慢的内存，当然，如需要的数据在Cache中没有， CPU会再去读取内存中的数据。

●物理存储器和地址空间

物理存储器和存储地址空间是两个不同的概念。但是由于这两者有十分密切的关系，而且两者都用B、KB、MB、GB来度量其容量大小，因此容易产生认识上的混淆。初学者弄清这两个不同的概念，有助于进一步认识内存储器和用好内存储器。

物理存储器是指实际存在的具体存储器芯片。如主板上装插的内存条和装载有系统的BIOS的ROM芯片，显示卡上的显示RAM芯片和装载显示BIOS的ROM芯片，以及各种适配卡上的RAM芯片和ROM芯片都是物理存储器。

存储地址空间是指对存储器编码（编码地址）的范围。所谓编码就是对每一个物理存储单元（一个字节）分配一个号码，通常叫作“编址”。分配一个号码给一个存储单元的目的是为了便于找到它，完成数据的读写，这就是所谓的“寻址”（所以，有人也把地址空间称为寻址空间）。

地址空间的大小和物理存储器的大小并不一定相等。举个例子来说明这个问题：某层楼共有17个房间，其编号为801～817。这17个房间是物理的，而其地址空间采用了三位编码，其范围是800～899共100个地址，可见地址空间是大于实际房间数量的。

对于386以上档次的微机，其地址总线为32位，因此地址空间可达232即4GB。但实际上我们所配置的物理存储器通常只有1MB、2MB、4MB、8MB、16MB、32MB等，远小于地址空间所允许的范围。

好了，现在可以解释为什么会产生诸如：常规内存、保留内存、上位内存、高端内存、扩充内存和扩展内存等不同内存类型。

【内存概念】

各种内存概念

这里需要明确的是，我们讨论的不同内存的概念是建立在寻址空间上的。

IBM推出的第一台PC机采用的CPU是8088芯片，它只有20根地址线，也就是说，它的地址空间是1MB。
PC机的设计师将1MB中的低端640KB用作RAM，供DOS及应用程序使用，高端的384KB则保留给ROM、视频适配卡等系统使用。从此，这个界限便被确定了下来并且沿用至今。低端的640KB就被称为常规内存即PC机的基本RAM区。保留内存中的低128KB是显示缓冲区，高64KB是系统 BIOS（基本输入／输出系统）空间，其余192KB空间留用。从对应的物理存储器来看，基本内存区只使用了512KB芯片，占用0000至80000这 512KB地址。显示内存区虽有128KB空间，但对单色显示器（MDA卡）只需4KB就足够了，因此只安装4KB的物理存储器芯片，占用了B0000至 B10000这4KB的空间，如果使用彩色显示器（CGA卡）需要安装16KB的物理存储器，占用B8000至BC000这16KB的空间，可见实际使用的地址范围都小于允许使用的地址空间。

在当时（1980年末至1981年初）这么“大”容量的内存对PC机使用者来说似乎已经足够了，但是随着程序的不断增大，图象和声音的不断丰富，以及能访问更大内存空间的新型CPU相继出现，最初的PC机和MS－DOS设计的局限性变得越来越明显。

●1.什么是扩充内存？

到1984年，即286被普遍接受不久，人们越来越认识到640KB的限制已成为大型程序的障碍，这时，Intel和Lotus，这两家硬、软件的杰出代表，联手制定了一个由硬件和软件相结合的方案，此方法使所有PC机存取640KB以上RAM成为可能。而Microsoft刚推出Windows不久，对内存空间的要求也很高，因此它也及时加入了该行列。

在1985年初，Lotus、Intel和Microsoft三家共同定义了LIM－EMS，即扩充内存规范，通常称EMS为扩充内存。当时，EMS需要一个安装在I／O槽口的内存扩充卡和一个称为EMS的扩充内存管理程序方可使用。但是I／O插槽的地址线只有24位（ISA总线），这对于386以上档次的32位机是不能适应的。所以，现在已很少使用内存扩充卡。现在微机中的扩充内存通常是用软件如DOS中的EMM386把扩展内存模拟或扩充内存来使用。所以，扩充内存和扩展内存的区别并不在于其物理存储器的位置，而在于使用什么方法来读写它。下面将作进一步介绍。

前面已经说过扩充存储器也可以由扩展存储器模拟转换而成。EMS的原理和XMS不同，它采用了页帧方式。页帧是在1MB空间中指定一块64KB空间（通常在保留内存区内，但其物理存储器来自扩展存储器），分为4页，每页16KB。EMS存储器也按16KB分页，每次可交换4页内容，以此方式可访问全部 EMS存储器。符合EMS的驱动程序很多，常用的有EMM386.EXE、QEMM、TurboEMS、386MAX等。DOS和Windows中都提供了EMM386.EXE。

●2.什么是扩展内存？

我们知道，286有24位地址线，它可寻址16MB的地址空间，而386有32位地址线，它可寻址高达4GB的地址空间，为了区别起见，我们把1MB以上的地址空间称为扩展内存XMS（eXtend memory）。

在386以上档次的微机中，有两种存储器工作方式，一种称为实地址方式或实方式，另一种称为保护方式。在实方式下，物理地址仍使用20位，所以最大寻址空间为1MB，以便与8086兼容。保护方式采用32位物理地址，寻址范围可达4GB。DOS系统在实方式下工作，它管理的内存空间仍为1MB，因此它不能直接使用扩展存储器。为此，Lotus、Intel、AST及Microsoft公司建立了MS－DOS下扩展内存的使用标准，即扩展内存规范XMS。我们常在Config.sys文件中看到的Himem.sys就是管理扩展内存的驱动程序。

扩展内存管理规范的出现迟于扩充内存管理规范。

●3.什么是高端内存区？

在实方式下，内存单元的地址可记为：

段地址：段内偏移

通常用十六进制写为XXXX：XXXX。实际的物理地址由段地址左移4位再和段内偏移相加而成。若地址各位均为1时，即为FFFF：FFFF。其实际物理地址为：FFF0＋FFFF=10FFEF，约为1088KB（少16字节），这已超过1MB范围进入扩展内存了。这个进入扩展内存的区域约为64KB，是1MB以上空间的第一个64KB。我们把它称为高端内存区HMA（High Memory Area）。HMA的物理存储器是由扩展存储器取得的。因此要使用HMA，必须要有物理的扩展存储器存在。此外HMA的建立和使用还需要XMS驱动程序 HIMEM.SYS的支持，因此只有装入了HIMEM.SYS之后才能使用HMA。

●4.什么是上位内存？

为了解释上位内存的概念，我们还得回过头看看保留内存区。保留内存区是指640KB～1024KB（共384KB）区域。这部分区域在PC诞生之初就明确是保留给系统使用的，用户程序无法插足。但这部分空间并没有充分使用，因此大家都想对剩余的部分打主意，分一块地址空间（注意：是地址空间，而不是物理存储器）来使用。于是就得到了又一块内存区域UMB。

UMB（Upper Memory Blocks）称为上位内存或上位内存块。它是由挤占保留内存中剩余未用的空间而产生的，它的物理存储器仍然取自物理的扩展存储器，它的管理驱动程序是EMS驱动程序。

●5.什么是SHADOW（影子）内存？

对于细心的读者，可能还会发现一个问题：即是对于装有1MB或1MB以上物理存储器的机器，其640KB～1024KB这部分物理存储器如何使用的问题。由于这部分地址空间已分配为系统使用，所以不能再重复使用。为了利用这部分物理存储器，在某些386系统中，提供了一个重定位功能，即把这部分物理存储器的地址重定位为1024KB～1408KB。这样，这部分物理存储器就变成了扩展存储器，当然可以使用了。但这种重定位功能在当今高档机器中不再使用，而把这部分物理存储器保留作为Shadow存储器。Shadow存储器可以占据的地址空间与对应的ROM是相同的。Shadow由RAM组成，其速度大大高于ROM。当把ROM中的内容（各种BIOS程序）装入相同地址的Shadow RAM中，就可以从RAM中访问BIOS，而不必再访问ROM。这样将大大提高系统性能。因此在设置CMOS参数时，应将相应的Shadow区设为允许使用（Enabled）。

●6、什么是奇/偶校验？

奇/偶校验（ECC）是数据传送时采用的一种校正数据错误的一种方式，分为奇校验和偶校验两种。

如果是采用奇校验，在传送每一个字节的时候另外附加一位作为校验位，当实际数据中“1”的个数为偶数的时候，这个校验位就是“1”，否则这个校验位就是 “0”，这样就可以保证传送数据满足奇校验的要求。在接收方收到数据时，将按照奇校验的要求检测数据中“1”的个数，如果是奇数，表示传送正确，否则表示传送错误。

同理偶校验的过程和奇校验的过程一样，只是检测数据中“1”的个数为偶数。

总结

经过上面分析，内存储器的划分可归纳如下：

●基本内存 占据0～640KB地址空间。
●保留内存 占据640KB～1024KB地址空间。分配给显示缓冲存储器、各适配卡上的ROM和系统ROM BIOS，剩余空间可作上位内存UMB。UMB的物理存储器取自物理扩展存储器。此范围的物理RAM可作为Shadow RAM使用。
●上位内存（UMB） 利用保留内存中未分配使用的地址空间建立，其物理存储器由物理扩展存储器取得。UMB由EMS管理，其大小可由EMS驱动程序设定。
●高端内存（HMA） 扩展内存中的第一个64KB区域（1024KB～1088KB）。由HIMEM.SYS建立和管理。
●XMS内存 符合XMS规范管理的扩展内存区。其驱动程序为HIMEM.SYS。
●EMS内存 符合EMS规范管理的扩充内存区。其驱动程序为EMM386.EXE等。

‘贰’ 什么是tlsf内存分配算法 它和普通的内存分配算法有什么区别

深入了解TLSF内存分配算法：实时系统的新选择

在探讨计算机系统的内存管理策略时，一个独特的算法——TLSF（Tiny Low Latency Scheling First Fit）引起了我们的关注。许多人可能对实时系统的定义有所混淆，误以为游戏或游戏引擎就代表了实时系统，实际上，即使在实时渲染中，也并非所有情况都属于严格意义上的实时系统。

TLSF算法的独特之处在于它的常数时间分配特性，这对于那些对响应时间有极高要求的实时系统来说，无疑是个福音。无论内存分配的数量如何，TLSF都能保证在短时间内完成，提供了一个可预期的性能基础。然而，这并不意味着它一定是最快的，实时系统追求的是稳定和可预测性，而非极致速度。相比之下，一般系统可能更注重速度，对响应时间的稳定性要求较低。

值得一提的是，TLSF已经有一个开源实现供开发者使用，由OlegHahm/tlsf项目提供。这个开源项目为开发者们提供了一个实践和优化TLSF内存分配算法的平台，让他们能在自己的实时系统项目中体验到这个算法的优势。

总的来说，TLSF内存分配算法因其在实时系统中对性能可预测性的保障，与普通内存分配算法形成了鲜明的对比。如果你正面临对实时性有高要求的项目，TLSF无疑是一个值得深入研究和考虑的选择。现在，你已经对这个算法有了初步的认识，不妨深入研究它的原理和实现，看看它如何在你的系统中发挥魔力。

‘叁’ 几种常见的内存分配算法

微软新开发的内存分配器mimalloc因其出色性能引起了关注，官方测试显示比tcmalloc快7%，jemalloc快14%，尽管代码量仅有几千行。本文将深入介绍几种常见的内存分配算法，以便更好地理解mimalloc的实现原理。

首先，linear allocator以预先分配内存块的方式运作，分配出去的内存不需释放，仅在结束时回收整块。这种策略适合局部逻辑中大量小对象的场景，能显着提升分配效率。

相比之下，fixed size allocator专门分配和释放固定大小的内存，通过预创建内存块并切割为小块组成freelist。它在现代内存管理器中扮演重要角色，支持不同大小对象的快速创建。

伙伴分配器（buddy allocator）则能分配不同大小的内存，大小需为2的幂。释放内存时，它会合并空闲的伙伴内存，形成更大内存。buddy allocator通过freelist数组和二叉树结构实现，代码和图例结合能帮助理解。

尽管如此，实现通用且高效的内存管理器绝非易事，需要考虑OS接口抽象、多线程性能、安全性和诊断性等复杂问题。这表明内存分配背后是复杂的指针和链表操作，通过实践这些算法，我们能更深入地理解这些概念。