存儲管理——虛拟記憶體

什麼是虛拟記憶體

為什麼需要虛拟記憶體？

1.程序需要的實際記憶體很大，超過實體記憶體容量

2.作業系統的多道程式設計，多個程序同時在記憶體裡面，使得每個程序可用實體記憶體更加稀缺

3.不可能無限增加計算機的實體記憶體

虛拟記憶體是作業系統記憶體管理的關鍵技術，它使多道程式的運作和大程式運作成為現實。

虛拟記憶體是如何工作的？

把程序所使用的記憶體進行劃分，把部分暫時不需要使用的記憶體放到輔助裡，也就是使用輔存暫時的儲存程式可能會使用的記憶體。

程式的局部性原理

局部性原理是指CPU通路存儲器時，無論是

存取指令

還是

存取資料

，所通路的存儲單元都

趨于聚集在一個較小的連續區域中

。

由于局部性原理，計算機在加載程式的時候，不需要把所有的邏輯空間都裝入記憶體裡面，而是裝載部分就可以了。如果通路頁不再記憶體裡面，就會發出缺頁中斷，發起頁面置換，把從儲存在輔存裡面的頁面置換到實體記憶體裡。從使用者的角度來看，就像程式擁有無限大的記憶體空間。

虛拟記憶體實際上是對實體記憶體的擴充，速度接近于記憶體，成本接近于輔存。

虛拟記憶體的置換算法

1.先進先出算法（FIFO）

2.最不經常使用算法（LFU）

3.最近最少使用算法（LRU）

前面的一篇學習筆記較為詳細的實作了這些算法：實作雙向連結清單的基礎上實作記憶體置換算法

CPU<——>高速緩存(緩存沒有資料)<—

需要從主存載入資料

—>主存(主存缺頁)<—從輔存加載頁面資料—>輔存

高速緩存的替換時機

高速緩存替換主要是發生在CPU需要擷取緩存時，發現緩存裡面沒有對應資料的時候，這時就需要從主存裡面載入相關的資料。

主存頁面的替換時機

類似的主存頁面的替換時機，發生在主存缺頁的時候，就會從輔存裡面去加載相關的頁面資料。

對比Cache與主存的替換時機：

1. 替換政策發生在Cache——主存層次和主存——輔存層次，替換政策相關的算法都是一樣的。
2. Cache——主存層次的替換政策主要是為了解決CPU的

   速度問題

3. 主存——輔存層次主要是為了解決

   容量問題