虚拟内存

把不常用的数据放到硬盘上去，常用的代码或者数据才加载到内存，来实现虚拟的大内存的感觉

覆盖技术

目标：在较小内存运行较大程序。
原理：把程序按自身逻辑结构划分若干功能上相对独立的程序模块。不回同时执行的模块共享同一块内存区域，按时间先后运行。常用功能的代码和数据常驻内存（决定哪些模块导入导出内存）。不常用功能在其他程序模块实现，放在外存，使用时装入内存

缺点：
需要程序员把程序划分若干小功能模块，并确定模块间覆盖关系。增加编程复杂度。
从外存转入内存，实际上是时间换空间

交换技术

目标：多道程序在内存中，让正在运行的程序或需要运行的程序获取更大内存资源
方法：让OS管理正在运行的程序，将暂时不运行的程序送到外存。OS把一个进程的整个地址空间的内容保存到外存，将外存某个进程的地址空间读入内存。换入换出内容的大小为整个程序的地址空间

问题：
1.交换时机的确定：只有当内存不够或有不够的危险时换出。因为交换的开销很大
2.交换区的大小：必须足够大以存放所有用户进程的所有内存映像的拷贝。必须能对这些内存映像直接存取
3.程序换入时的重定位：换出后再换入内存位置不一定一样。最好采用动态地址映射的方式

覆盖是发生在一个程序里面，它通过那些没有调用关系的函数和模块共享一个内存区域。代价是程序员手动去指定他们之间什么关系
交换是发生在程序之间的，粒度是当个程序。是操作系统内部完成的，不需要程序员参与，但是开销大

虚存技术

目标：覆盖增加了程序员的负担，交换粒度太大增加了处理器的开销。希望可以像覆盖，不是把程序的所有内容都放在内存中，由OS自动完成，无须程序员干涉。可以像交换一样，实现进程在内存外存间交换，但只对进程的部分内容进行交换

要求：
程序的局部性原理，指程序在执行过程的一个较短时期，所执行指令地址和指令操作数地址，分别局限于一定区域
时间局部性：一条指令的一次执行和下次执行，一个数据的一次访问和下次访问集中在一个较短时期
空间局部性：当前指令和邻近的几条指令，当前访问数据和邻近的几个数据集中在一个较小区域内

在页式或段式内存管理基础上实现，只需将当前需要执行的部分页或段装入到内存，就可程序开始执行。
执行过程中，如执行指令或数据访问出现缺页或缺段，由处理器通知OS调入相应页或段到内存，继续执行。并且，OS将内存中暂时不用的页或段调出保存在外存。

特征
空间很大，把物理内存于外存相结合
部分交换：交换粒度更小，效率更高
不连续性：物理内存分配不连续，虚拟内存使用也是不连续的。使用的过程中可能出现缺页缺段，出现访问异常，但OS会自动帮助交换数据，处理异常

页式管理

页表项里除了有页帧外，还有几个bit，其中一个bit表示存在或不存在。不存在则出现访问异常

思路：当一个用户程序要调入内存运行，只装入部分页面，就可启动程序。在运行过程中，如果运行程序或访问数据不在内存，向OS发出缺页中断请求，OS处理中断时，将外存中相应页面调入内存

CPU执行一条指令，load一个内存地址，那如果这个内存地址没有映射关系，页表中驻留位为0，这时候就产生缺页异常
缺页中断的处理：

1. 内存有空闲物理页，则分配一物理页帧，转4，否则转2
2. 采用某种页面置换算法，选择一个将被替换的物理页帧f，对应的逻辑页q如果在内存期间被修改过，则写回外存
3. 对q对应页表项进行修改，驻留位设0
4. 将需访问的地址对应所在硬盘中的数据，以页为单位，从硬盘读到内存中转入物理页f
5. 修改p对应的页表项内容，驻留位设1，把物理帧号设为f
6. 重新运行被中断的指令

四类：程序（指令），数据程序，库，动态产生的数据。形成了后备存储或者叫二级存储

上图公式，如果p足够下，就可以使得平均访问时间j接近于10ns，如果p非常大，会导致整个虚存管理效率会很差
保证程序具有局部性特点，意味着产生缺页次数会很少

页面置换算法

目标：尽量减少缺页中断次数
页面锁定：用于描述必须常驻内存的OS的关键部分或时间关键的应用进程。通过在页表中添加锁定标志位实现

最优页面置换算法

缺页中断时，遍历内存当中每个逻辑页面，计算其下次访问前，需等待多长时间。选择等待最久的页面进行置换
实际无法实现，OS无法知道每个页面等久才会被访问。可作为其他算法性能评价的依据

先进先出算法FIFO

选择内存中驻留时间最长的页面淘汰。OS维护一个链表，记录所有位于内存当中的逻辑页面，链表首页驻留时间最长，链尾最短
性能较差，调出的可能是常访问的页面，并且有belady现象（给它的物理页帧越多，反而产生的缺页次数越多）。很少单独使用

最近最久未使用算法LRU

选择最久未使用的页面淘汰
是对最优页面置换算法的一个近似。依据是程序的局部性原理。在一小段时间内如果某些页面被频繁访问，那么未来一小段时间，大概率会再次被频繁访问。

需要记录页面使用时间的顺序。开销较大。
方法1，维护一个页面链表，刚使用的过的页面作为首节点，最久未使用的作为尾节点。每次访问内存时，找到相应页，从链表摘出，移动到链表头部，缺页时，淘汰链表末尾页面
方法2，设置一个页面活动栈，访问某页时，将页号压入栈顶。考察栈内有无相同页号，有则抽出，需要淘汰页面时，选择栈底页面

时钟页面置换算法clock

LRU的近似，对FIFO的改进
需要用到页表项的访问位，当一个页面被装入内存时，把改为初始化为0，如果这个页面被访问（读/写），则位置设为1.
把页面组织成环形链表（钟表面），把指针指向最老的页面（最先进来）。
若缺页，判断指针所指最老页面，若访问位为0，直接淘汰；若为1，则设为0.指针下移一格。直到找到被淘汰的页面，指针移动到其下一格



增加脏位，记录写操作

最不常用算法LFU

缺页中断时，选择访问次数最少的页面淘汰
对每页设置一个访问计数器，每当一个页被访问时，访问计数器加1
增加计数器是成本，遍历访问也增加开销
和LRU的区别，LRU是访问时间，时间越短越好，LFU是访问次数，次数越

Belady现象：采用FIFO算法时，有时出现物理页数增加，缺页率反而提高的现象
原因：置换特征与进程访问内存的动态特征是矛盾的，与置换算法目标不一致（替换较少使用的页面）。替换出去的页面不一定是不会访问的

局部页面算法
假定物理页帧是固定的，如果只有一个程序，可以把所有物理页帧给它，但多个程序希望在程序运行的不同时期调整不同的物理页帧。因此需要全局页面算法

前面的页面置换算法的前提是程序具有局部性原理




期望是工作集尽量属于常驻集

工作集页置换算法

工作集代表的是有一个工作集的窗口，窗口有一个时间，当前的时间以及有一个size, size代表过去一个时间的大小，形成工作集窗口，窗口里面的页呢，代表当前这段时间内被访问的页，如果某个页要替换的时候，替换那些不在工作集里面的页。
随着程序的执行，工作集窗口在挪动，平移过程中，如果某个页，不在这个时间出窗口之内，这个页也会被丢掉，并不是说等着缺页的时候才开始丢页

对每一访问的页计时大小为4个时间单位，随着时间的推移超过4个时间没被访问就被置换





第一种方法是每次访问页时判断是否增减页，第二种方法是在每次缺页中断时判断

抖动问题可能会被本地的页面置换改善