关于虚拟内存

虚拟存储技术

虚拟内存

虚拟内存是计算机系统内存管理的一种技术。它使得应用程序认为它拥有连续的可用的内存（一个连续完整的地址空间），而实际上，它通常是被分隔成多个物理内存碎片，还有部分暂时存储在外部磁盘存储器上，在需要时进行数据交换。

拟内存又叫虚拟存储器，电脑中所运行的程序均需经由内存执行，若执行的程序占用内存很大或很多，则会导致内存消耗殆尽。为解决该问题，Windows中运用了虚拟内存技术，即匀出一部分硬盘空间来充当内存使用。当内存耗尽时，电脑就会自动调用硬盘来充当内存，以缓解内存的紧张。若计算机运行程序或操作所需的随机存储器不足时，则 Windows 会用虚拟存储器进行补偿。它将计算机的RAM和硬盘上的临时空间组合。当RAM运行速率缓慢时，它便将数据从RAM移动到称为“分页文件”的空间中。将数据移入分页文件可释放RAM，以便完成工作。一般而言，计算机的RAM容量越大，程序运行得越快。若计算机的速率由于RAM可用空间匮乏而减缓，则可尝试通过增加虚拟内存来进行补偿。但是，计算机从RAM读取数据的速率要比从硬盘读取数据的速率快，因而扩增RAM容量（加内存条）是最佳选择。

虚拟内存是Windows 为作为内存使用的一部分硬盘空间。虚拟内存在硬盘上其实就是为一个硕大无比的文件，文件名是PageFile.Sys，通常状态下是看不到的。必须关闭资源管理器对系统文件的保护功能才能看到这个文件。虚拟内存有时候也被称为是“页面文件”就是从这个文件的文件名中来的。

原理

装载程序的时候，仅将当前需要执行的页面或者段装入内存；
执行过程中所需要的程序或者数据不在内存，则将相应的页或者段调入内存；
将暂时不用的页或者段保存到外存中。（其中包含着交换技术）

实现方式：

虚拟页式存储方式和虚拟段式存储方式。

页表机制

缺页中断机构

每当所要访问的页面不在内存时，便产生缺页中断，请求系统将所缺之页调入内存。

缺页中断的特点：

在指令执行期间产生和处理中断信号，而非通常的在指令执行完之后检测处理中断。
一条指令在执行期间，可能产生多次缺页中断。

地址变换机构

页面置换算法

最佳(Optimal)置换算法

选择换出的页面，将是以后永不使用的或在最长（未来）时间内不再被访问的页面。因无法预知哪个页面永远不再使用或者最长时间不再被访问，所以这是一种理想算法。
先进先出(FIFO)置换算法

总是将最先进入内存的页面换出，或者说选择在内存中驻留时间最长的页面换出。

基于队列类的算法
最近最久未使用（LRU）置换算法

选择最近最久未使用的页面换出，是一种用“最近的过去”作为“最近的将来“的估计方法。

基于堆栈类的算法

| 页号 | 框号 | 状态号P | 访问字段 |修改位M | 外存地址 |

具体方法：用访问字段来记录一个页面自上次被访问以来所经历的时间t，当要换出一个页面时，选择现有页面中t值最大的，即最近最久未使用的页面换出。
Clock置换算法

访问页面时，在页表项中记录下访问情况：缺页时，从上一次查找结束的位置顺序查找未被访问的页面换出。

| 页号 | 框号 | 状态号P | 访问位 |修改位M | 外存地址 |

具体方法:页表中增加访问位，用来描述过去一段时间的访问情况，各个页面组织成循环链表，用一个指针指向最先调入的页面。指针扫描循环链表，找到第一个未被访问的页面换出。