os CH9 虚拟内存
CH9 虚拟内存
这一章9.2和9.4最重要
9.1 background
虚拟内存的基本思路是，只将当前正在运行需要的代码装入内存（因为代码只有装入内存才可以执行）；其将逻辑地址空间和虚拟地址空间分开，允许多个进程共享内存 
根据如下的局部性原理：可以一次只加载一部分数据就执行。因此，可以让虚拟内存地址空间比物理地址空间大很多 虚拟地址空间的结构如下：
以及共享页的概念：一段内容被多个进程共享，而每个进程都会认为自己独占这部分内容
9.2 Demand Paging（按需调页、请求调页）
这个就是每次选择需要使用的页调入的算法 
lazy swapper：除非需要用某个进程的某个页面，才会使用调页程序进行调页（注意，这里不是使用交换器，交换器交换的是整个进程）
在页表里面，使用valid/invalid来标志这个页是否在内存中；如果访问了一个invalid的页，会触发page fault。完整的页表项的内容如下：
9.2.2 缺页
那么，在发生page fault之后，如果当前物理内存中没有空闲的页，那么就需要把一个页换出；这个时候，就需要使用适当的页置换算法，将最近不适用的页换出。 
page performance像这样衡量：可以看出当出现缺页错误的时候，会多花费不少时间 
计算缺页时间必须的内容；
9.3 Process Creation（进程创建）
介绍CoW（写时拷贝）技术：比如说进程1和进程2共享一段物理memory，这个时候如果进程1需要修改pageC的memory，这个时候选择复制pageC然后再修改，如下所示：
9.4 页面置换
触发缺页，需要将新的页拿到memory中，但是memory已满的时候，就需要使用页面置换算法；置换的时候，swap in是肯定需要的；然后根据dirty bit标志的其是否修改，来决定是否要写出去（主要是数据之类的需要修改）基本的流程如下：
9.4.1 FIFO
就是将最早进入内存的那一页置换出去
9.4.2 OPT
选择未来不再使用，或者离当前位置最远的页置换出去（这是一个理论上的算法）
9.4.3 LRU
选择内存中最久没有被使用的页面置换出去；相当于，OPT是向后看未来的串决定，LRU是向前看过去的决定
有三种实现LRU的方法：
可以看出，LRU算法需要硬件的支持会比较大；（自己做题的时候，用一个栈实现会比较方便）
9.4.4 NRU算法（近似的LRU算法）
有一个引用位，每次引用就会置1；然后用一个8位的寄存器，记录最近8次的引用情况，就可以知道应该替换哪一个页面
理解如上；二次机会相当于，如果为1，那么置为0然后继续往下找；以及一种改进过的clock算法
这里有两种感觉“矛盾”的算法：替换最不经常使用的和最经常使用的（道理上都有道理）- 以及还有一个页面缓冲算法（感觉不重要，到时候看ppt）
9.5 Allocation of Frames(帧分配)
帧分配问题的核心是：在多个进程共享物理内存时，如何将有限的物理内存帧（Frame）公平、高效地分配给各个进程。
首先理解一下这个例子：在糟糕的情况下，这样一条指令可能导致6次缺页（指令、from、to的二进制数分别跨越了两个页，并且其全都不在物理内存中） 
全局置换说的是可以从其他进程拿帧替换；以及两种分配策略（固定、可变），一共有四种分配-置换方法；但是没有一种，如下所示
现在os一般用第二种
9.6 Thrashing （颠簸、抖动）
抖动指的是，某一个进程一直在发生缺页，一直在忙于换入换出，导致其效率十分低下（因为一直忙于I/O，cpu利用率很低）具体的后果如下：
要想解决threading有若干的方法，这里重点聚焦下面的工作集算法 这部分最重要的就是工作集的概念：
理解一下：前者指的是出现页面的总数（计重数），WS是所有页面，如下所示
，这里的delta代表了一个访问的时间窗口
9.7 Memory-Mapped Files（内存映射文件）
这是一种系统提供的：
通过文件映射的形式，让操作系统来实现
buddy system：每次都把大的地址一分为二，然后进行分配