第九章： 虚拟内存

1、虚拟内存允许进程执行时，不完全载入到内存中，可以部分载入到内存中

• 优点逻辑地址空间大于物理地址空间时可使用，通俗的讲是 进程内存页多于物理内存帧 的时候适用
• 可以被多个进程共享地址空间
• 可以提供更有效的进程创建

2、按需调页：
本质上是，没有载入内存的那部分进程代码，只在需要使用时，换入内存中

• 减少IO
• 减少内存使用
• 应答时间快

3、有效无效位：为了区分哪些代码块在内存中可以直接访问，哪些是在虚拟内存中需要换入内存

• 有效 v：在物理内存中
• 无效 i ：不在物理内存中，在虚拟内存中

4、页错误：访问的页不在内存内，将发生【页错误】，此时需要中断，确定访问是否合法，不合法将结束进程，合法将执行下列操作
PS：不合法的含义是

• 在物理内存内找到空闲帧，即找到不用的帧
• 将虚拟内存中需要的页跟此空闲帧做交换
• 修改页表信息
• 重新开始中断的操作
  PS：没有空闲帧怎么办？

5、共享页：
cow技术允许父进程子进程共享物理内存的页

• 快速创建新进程
• 最小化新进程的页数
• 从空闲缓冲池分配空闲页

6、没有空闲帧时，置换页：采取如下几种方法

• 终止进程
• 交换出一个帧
  页置换的基本操作：
• 找到所需页在虚拟内存的位置
• 查找一个空闲帧：如果有则用，如果没有则通过某种置换算法，选择一个牺牲帧
• 需要的页读入空闲帧，修改页表与帧表
• 重启进程

7、页置换算法：使用页置换的目的是最大程度减少页错误的发生

• FIFO算法
• 最优置换算法
• LRU算法
• 近似LRU算法
• 基于计数的算法

• 对一个置换算法是否合理采用如下方式进行评估：
  利用引用串来评估
  引用串：一系列页的序号
  评估：发生页错误的次数

7.1、FIFO算法：顾名思义是遇见需要换入的页就将内存中 【第一个帧】换出

7.2、最优置换：置换将来最长时间不会用的帧

• 但是并不知道未来会用到哪个帧
• 所以主要用于比较研究

7.3、LRU算法，最近最少使用算法：选择最长时间没有使用的帧，换出

• 使用计数器实现
• 使用栈结构实现，每新使用一个帧就将其移到栈顶

7.4、近似LRU算法：
附加引用位算法
二次机会算法
增强型二次机会算法

• 附加引用位算法：
  每个页有8位引用位
  开始时8位全为0
  页被引用则将1放到最高位，其余位向右平移一位
  若不被引用，则将0放到最高位，其余位右移
  选择页时看哪个页的8位引用位最小

• 二次机会算法：
  每个页有一个引用位
  检查最老页面的引用位。如果引用位是0，那么这个页面既老又没有被使用，可以立刻置换掉；如果是1，就将引用位清0，并把该页面放到链表的尾端，修改它的装入时间使它就像刚装入的一样，然后继续搜索。
  寻找一个最近的时钟间隔以来没有被访问过的页面。如果所有的页面都被访问过了，该算法就简化为纯粹的FIFO算法

• 增强二次机会算法:
  利用二个位，即引用位和修改位+第一位表示是否被引用过+第二位表示是否被修改过
  采用这两个位，有以下可能类型
  +（0, 0）最近没有使用且也没有修改，用于置换最佳页
  +（0, 1）最近没有使用但修改过，需要写出到磁盘
  +（1, 0）最近使用过但没有修改，有可能很快又要被使用
  +（1, 1）最近使用过且修改过，有可能很快又要被使用，置换时需要写出到磁盘。

• 基于计数的页置换:保留一个用于记录其引用次数的计数器
  最不经常使用页置换算法+理由：经常活动的页应该有更大的引用次数II.
  最常使用页置换算法+理由：引用次数少的页可能是刚刚调进来的，但将来可能经常用

8、物理帧的分配：每个进程需要分配最小需要运行的页，帧的分配有如下方式

• 平均分配，每个进程物理帧大小相同
• 比例分配，根据进程大小比例
• 优先级分配，根据进程优先级方式分配

9、页置换分配：全局分配和局部分配
页置换可以分为全局置换和局部置换两大类，本质上是选择，内存中哪一块内存可以为我进程所用

• 全局置换：从所有帧中选择一个置换帧
• 局部置换：仅从自己的分配帧中选择一个置换帧

10、系统颠簸：因一个进程没有分配到足够的页帧，而频繁的发生页错误，这会导致：

• CPU使用率下降，操作系统会试图增加多道程序的程度
• 进程会试图抢别的进程的帧

11、内存映射文件：如何对磁盘上文件进行一系列操作

• 对磁盘文件直接进行操作
• 利用虚拟内存技术 -> 内存映射文件
  访问文件利用访问内存的方式