程序员需要了解的计算机底层知识之内存管理与内核
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）
- window9x版本之后支持多进程装入内存 暴露两个问题 1.内存不足 2.相互打扰
为了解决以上两个问题，诞生了内存管理系统：虚拟地址，分页装入，软硬件结合寻址
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分页（内存不够用），内存分成固定的大小的页框每个4K，把程序（硬盘上）分成4K大小的块，用到哪一块就加载哪一块，加载的过程中，如果内存满了就把最不常用的一块放到swap分区，把最新的一块加载到内存中，这就是著名的lru算法。
- LRU算法 LeetCode146题
- Least Recently Used 最不常用
- 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)））
- 双向链表 （保证 左边指针 指向右边块）
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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）
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
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原子操作 – 内核中类似于AtomicXXX，位于<linux/types.h>
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自旋锁 – 内核中通过汇编支持的cas，位于<asm/spinlock.h>
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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
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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
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读-写信号量 – downread upread downwrite upwrite （多个写，可以分段写，比较少用）(分段锁）
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互斥体(mutex) – 特殊的信号量（二值信号量）
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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)
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BKL：大内核锁（早期，现在已经不用）
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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）
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禁止抢占 – preempt_disable()
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内存屏障 – 见volatile
