请求分页管理方式

虚拟内存

定义:具有请求调入和置换功能，从逻辑上对内存容量加以扩充的一种存储器系统

虚拟内存的实现

• 请求分页存储管理
• 请求分段存储管理
• 请求段页式存储管理

页表机制

• 状态位P
• 访问字段A
• 修改位M
• 外存地址

缺页中断机构

内中断（CPU内部）

• 故障中断：错误条件引起可以被修复，如缺页中断

• 陷入中断：有意为之，应用程序想调用内核功能。如系统调用

• 终止中断：致命错误

外中断（CPU外部）

• I/O中断请求
• 人工干预

地址变换机构

• 请求调页，判断是否在内存
• 可能需要页面置换
• 新增、修改页表项
• 热点表项同步到快表

页面置换算法

最佳置换算法OPT

保障对低缺页率：每次选择淘汰最不可能再次被使用的页面 （无法实现）

最近最少页面置换算法LRU

保障时间和距离上的公平：每次选择淘汰最久最近未使用的页面 （需要硬件支持，开销大）

先进先出置换算法FIFO

保障顺序上的公平：每次选择淘汰最早进入内存的页面（Belady异常，性能差）

时钟置换算法：

保障性能和开销均衡：为页面设置访问位（0/1)，并链接形成循环队列，进程访问页面后置为1。发生缺页中断时，表针就扫描页面，位置为0就淘汰，位置为1就设置为0并向把表针向前移动一个位置。

最近未使用页面置换算法NRU：

额外考虑是否修改，保障最少I/O操作：设置访问位和修改位，访问位为优先原则。第一轮找（0,0） 第二轮找（0,1）并修改访问位为0，第三轮找（0,0），第四轮找（0,1）

页面分配策略

驻留集（驻留在主存中页面数）大小

• 分配空间小，进程数量多，CPU时间利用效率就高

• 进程在主存中页数少，错页率就高

• 进程在主存中页数多，错页率并无明显改善

• 全局页面置换算法：全局页面置换算法则是不考虑进程的个体情况，而是综合考虑整个系统内所有页面的情况。

• 局部页面置换算法：局部页面置换算法是基于进程本身的页面访问模式的算法

固定分配局部置换：这种策略指定了每个进程在内存中占用固定数量的页面帧。当进程被加载到内存时，它会被分配一定数量的页面帧，并且在其执行期间，这些页面帧不会被其他进程使用。如果进程需要更多的内存空间，它必须等待其他进程释放内存，或者操作系统必须将某个进程的页面替换出去来为其腾出空间。这种策略可以简化内存管理，但可能导致内存浪费或资源不足的问题。

可变分配全局置换：这种策略允许进程的内存分配在运行时动态变化，而不是固定分配一定数量的页面帧。当进程需要更多内存时，操作系统可以为其分配更多页面帧，反之亦然。全局页面置换意味着页面替换决策基于整个系统的页面使用情况，不仅仅限于某个进程。这种策略可以更好地利用内存资源，但需要更复杂的管理算法来进行页面替换决策，以最大程度地提高系统性能。

可变分配局部置换：这种策略结合了前两种策略的特点。进程可以在运行时动态分配或释放内存，但页面替换决策仍然是基于进程本身的页面访问模式。这意味着每个进程可以根据需要调整内存分配，但页面替换决策仍然以进程为单位进行，以优化局部性。这种策略在某些情况下可以平衡内存使用效率和性能。

调入页面的时机

预调页策略

• 一次性调入若干相邻页面
• 多用于进程首次调入

请求调页

• 运行时发现缺页时调入
• I/O开销较大

从何处调页

外存分对换区和文件区，对换区可以保证地址是连续的，因此访问更快

系统拥有足够对换空间：

核心的放内存，辅助的放对换区

系统缺少足够对换空间：

不需要修改的一些文件比如函数计算公式不含数据，放入文件区。从内存调出时，不需要重新写入，直接覆盖就行，减少I/O操作。

优先把经常需要修改的文件放对换区，调出时的回写效率更高。

UNIX方式：

所有跟进程有关的文件，都放入文件区。 要换出都放入对换区

1.封装性

1.1 四种权限修饰符：private、缺省、protected、public

​ 类：只能用public、缺省修饰

​ 类的内部成员：四种都可以

1.2 作用：用四种权限修饰来修饰类和类的内部成员。当这些成员被调用时，体现可见性的大小

1.3 使用频率

比较高：public、private

低：缺省、protected

1.4 封装性体现

场景1：private类的属性，提供public的get和set方法，对此属性进行获取或修改

场景2：将类中不需要对外暴露的方法，设置为private

场景3：单例模式中构造器private的，避免在类的外部创建实例。

2.构造器

2.1 构造器的作用

作用1：搭配new关键字，创建类的对象

作用2：在创建对象的同时，可以给对象的相关属性赋值

2.2 构造器使用说明

• 构造器声明的格式：权限修饰符 类名（形参）{}

• 创建类后，在没有显示提高任何构造器的情况下，系统默认提供一个空参的构造器，且构造器权限与类声明的权限相同

• 一旦类中显示声明了构造器，则系统不再提供默认的空参构造器

• 一个类中可以声明多个构造器，彼此之间构成重载

3.类中属性赋值过程

3.1类中属性赋值的渠道

1. 默认初始化
2. 显示初始化
3. 构造器初始化
4. 通过“对象.方法”的方式赋值；
5. 通过“对象.属性”的方式赋值；

4.JavaBean

JavaBean：一种java语言写成的可重用组件

JavaBean符合如下标准的Java类：

• 类是公共的
• 有一个无参的公共的构造器
• 有属性，且有对应的get、set方法

5.This 关键字

5.1 this可以调用的结构： 成员变量、方法、构造器

5.2 this的理解：当前对象（在方法中调用时）或当前正在创建的对象（在构造器中调用时）

5.3 this调用属性和方法

针对于方法内的使用情况（非static）：

一般情况：通过对象a调用方法，可以在方法内调用当前对象a的属性或其他方法。此时，可以在属性和其他方法前使用“this.”，表示当前属性或方法所属的对象a。 但是通常，我们都选择省略”this.”结构

特殊情况： 如果方法的形参与对象的属性同名了，必须使用this进行区分。

5.4 this调用构造器

格式：this(形参)。

6.常见问题

6.1 java中内存结构的划分

• java中内存结果划分为： 虚拟机栈、堆、方法区；程序计数器、本地方法栈
• 虚拟机栈：以栈帧为基本单位，有入栈和出栈操作；每个栈帧入栈操作对应一个方法的执行；方法内的局部变量会存储在栈帧中。
• 堆空间：new出来的结构（数组、对象）： 1.数组，数组的元素在堆中 2.对象的成员变量在堆中
• 方法区：加载的类的模版结构

6.2 Java引用类型有几种？

类、数组、接口；枚举、注解、记录

6.3 对象存在java内存的哪种区域里：

堆空间

6.4 main方法public能不能换成private？

能。但是改以后就不能作为程序的入口了，就只是一个普通的方法

6.5 构造方法和普通方法的区别

编写角度：没有共同点。 声明格式、作用都不同

字节码角度：构造器会以（）方法的形态呈现，用以初始化对象。

6.6 成员变量和局部变量的区别：

• 声明的位置
• 内存中存放的位置
• 作用域
• 权限修饰符
• 初始化值
• 生命周期

6.7 变量赋值和构造方法加载的优先级问题

通过字节码文件可以发现变量显示赋值先于构造器中的赋值

对象在内存中的分配

• 栈（Stack): 方法内定义的变量，存储在栈中

• 堆（heap):new 出来的结构（比如：数组实体，对象的实体）。包括对象中的属性

• 方法区（method area):存放类的模版

变量

成员变量：方法体外，类体内

局部变量：方法体内部等位置声明的变量

二者区分方式:

相同点：

• 变量声明的格式相同：数据类型 变量名=变量值
• 变量都有其有效的作用域：出了作用域就失效
• 变量必须声明，后赋值，再使用

不同点

• 类中声明的位置的不同：

  属性：声明在类内，方法外的变量

  局部变量：声明方法、构造器内部的变量

• 在内存中分配的位置不同

  属性：随着对象的创建，存储在堆空间中

  局部变量：存储在栈空间中

  

• 生命周期

​ 属性：随着对象的创建而创建随着对象的消亡和消亡

​ 局部变量：随着方法对应的栈帧入栈，局部变量会在栈中分配；随着对应栈帧出栈，局部变量消亡

• 作用域：

  属性：在整个类的内部都是有效

  局部变量：仅限于声明局部变量所在的方法(构造器、代码块)中

• 权限修饰符进行修饰：

  权限修饰符：public、protected、缺省、Private(用于表名所修饰的结构可调用的范围的大小)

  属性：可以使用权限修饰符

  局部变量：不能使用任何权限修饰符

• 默认值

  属性：都有默认初始化值

  局部变量：都没有默认初始化值

方法

语法：

​ 权限修饰符 返回值类型 方法名（形参列表）[throws 异常类型] {

​ // 方法体

}

方法调用的内存解析

形参：方法在声明时，一对（）内声明的一个或多个形式参数

实参：方法在被调用时，实际传递给形参的变量或常量

对象数组：数组的元素可以是基本数据类型，也可以是引用数据类型。当元素是引用类型中的类时

方法的重载

定义：在同一个类中，允许在一个以上的同名方法，只要它们的参数列表不同即可。

编译器如何判断两个方法是相同的：

​ 方法名相同，且形参列表相同。

​ 编译器先通过方法名确定了一波重载的方法，进而通过不同的形参列表，确定具体的方法

同一个类中不允许定义两个相同的方法

可变个数形参的方法

使用场景： 在调用方法时，可能出现方法形参的类型是确定的，但是参数的个数不确定。

语法： （参数类型 … 参数名）

说明：

• 可变个数形参方法调用时，针对于可变的形参赋的实参个数可以为0,1，或多个
• 可变个数形参的方法与同一个类中，同名的多个方法之间可以构成重载
• 特例：可变个数形参的方法与同一个类中方法名相同，且与可变个数形参的类型相同的数组， 不构成重载. （因此可以把可变形参看成一个数组）
• 可变个数形参必须声明在形参列表的最后

方法的值传递机制

方法内声明的局部变量来说，如果出现赋值操作

• 基本数据类型变量： 将变量的数值传递出去
• 引用数据类型变量： 将变量的地址值传递出去

方法的参数的传递机制：值传递机制

规则：实参给形参赋值的过程

• 若形参是基本数据类型变量，则实参保存的数值赋给形参
• 如果形参是引用数据类型变量，则将实参保存的地址赋给形参。

递归方法

递归分类：

• 直接递归：方法自身调用自己
• 间接递归：A方法调用B方法，B方法调用C方法，C方法调用A方法

注意：

• 递归调用会占用大量的系统堆栈，内存耗用多，在递归调用层次多时速度要比循环慢得多

• 在要求高性能的情况下尽量避免使用递归，递归既花时间又耗内存。考虑使用循环迭代

关键字：package、import

package说明

• 一个源文件只有一个声明包的package语句

• 包名，属于标识符，满足标识符命名规则和规范（全部小写）

  • 包通常使用所在公司的域名的倒置

• 包对应于文件系统的目录，package语句中用”.”来指明包的层次。

• 同一个包下可以声明多个结构（类、接口），但不能定义同名的结构。

包的作用

• 包可以包含类和子包，划分项目层次便于管理
• 帮助管理大型软件系统：将功能相近的类划分到同一个包中
• 解决类命名冲突的问题
• 控制访问权限

import

注意事项：

• 如果使用’a.*’导入结构，表示可以导入a包下的所有结构如java.util.
• 如果导入的类或接口是java.lang包下或者是当前包下的，则可以省略import语句
• 如果已经导入java.a包下的类，那么如需要使用a包的子包下的类的话，仍然需要导入
• 在代码中使用不同包下的同名的类，需要使用类的全类名的方式指明调用的是哪个类

死锁基本概念

定义：多个进程由于竞争资源而造成阻塞现象，若无外力作用，这些进程将无法继续前进
相似概念：饥饿： 等待时间过长以至于给进程推进和响应带来明显影响，但”饿而不死”
死锁产生原因：1.系统资源的竞争 2. 推进顺序非法
产生的必要条件：

互斥条件：共享资源排他性访问
不剥夺条件：访问时该共享资源不会被剥夺
请求并保持条件：保持当前资源时请求另一资源
循环等待条件：存在共享资源的循环等待链

死锁的预防

1.破坏互斥条件：
- 将只能互斥访问的资源改为同时共享访问
- 将独占锁改为共享锁
- 不是所有资源都能改成共享的

2.破坏剥夺条件：
- 请求新资源无法满足时必须释放已有资源
- 由os协助强制剥夺某进程的资源
- 实现复杂代价高，此操作过多可能导致原进程无法推进

3.破坏请求等待条件：
- 3.1 进程开始时一次性申请所需要的所有资源：资源浪费，进程饥饿
- 3.2 阶段性请求和释放资源：

4.破坏循环等等：
- 对所有资源进行排序，按序号请求资源，请求时先低后高，释放时先高后低
- 对资源的编号相对稳定，限制了新设备增加
- 进程使用资源的顺序可能与系统编号的顺序不同,限制了用户编程

死锁避免

核心：安全性算法
系统安全状态：

安全状态不一定会出现死锁
不安全状态可能会出现死锁

银行家算法：

系统预判进程是否导致不安全状态
是则拒绝请求，否则答应请求

死锁检测

1.需要一种数据结构，保存相关资源请求和分配信息-资源分配图(G=(N,E))
2.需要一种算法，利用这些信息检测是否形成死锁-死锁定理（死锁状态充分条件)

资源分配图：

两种资源
两种节点

死锁定理：

当且仅当此状态下资源分配图是不可完全简化的
简化的过程类似于拓扑排序算法

死锁解除

1.资源剥夺

挂起死锁进程
剥夺其资源
将资源分配给其他（死锁）进程

2.撤销进程
3.进程回退

回退到避免死锁的地点
需要记录进程历史信息，设置回退点