什么情况下需要覆盖与交换

要弄清楚什么是覆盖与交换的概念，首先我们要知道在什么情况下才会使用到覆盖与交换。

在早期的计算机内存很小的时候，比如 IBM 推出的第一台 PC 机最大只支持 1 MB 大小的内存，因此会经常出现内存大小不够的情况，后来就引入了 覆盖技术 用来解决程序内存大小超过了物理内存总和的问题。

说白了就是我需要运行一个 20 MB 大小的程序，但是这台计算机内存大小只有 10 MB 那怎么运行呢？ 带入这个问题，我们接着往下看 覆盖技术 是如何解决这个问题的。

覆盖的实现方式

覆盖技术的思想：将程序分为多个段，常用的段常驻内存，不常用的段需要时调入内存。

简单点说，就是将内存分为一个固定区，若干个覆盖区，经常需要用到的程序就会放入这个固定区，调入后就不再调出，除非程序结束运行。不常用的程序就会放在覆盖区，需要用的时候就调入内存，用不到的时候就调出内存。

接下来我们来看个实际的例子，更加容易理解：

有一个程序 X，这个程序指定了调用结构，如图上所示， A 是主要的调用，所以 A 是被放在了固定区当中，紧接着 A 调用了 B、C，在这个时候 B、C 属于同一个层级，被放入了同一个覆盖区，但是覆盖区域大小是以 C 为主，选择最大的，否则就不满足内存大小了，这个覆盖区，让那些不可能同时被访问的程序段，共享一个覆盖区。 同样的道理 D、E、F 共用一个覆盖区。

原本 B、C、D、E、F 它们共占了 44 K 的内存，但是由于覆盖技术，只需要占用 22 K 的内存就搞定了。

在这里就有同学好奇了，那程序是如何指定调用结构的呢？ 这个呀，必须由程序员声明覆盖结构，然后由操作系统完整自动覆盖。 缺点：对用户不透明，而且还增加了程序员编程的负担，覆盖技术只用于早期的操作系统中，现在已经成为历史了。

那既然覆盖技术已经不再使用了，那现在用的啥技术呀？ 我们接着往下看

交换的实现方式

交换(对换)技术的设计思想：内存空间紧张时，系统将内存中某些进程暂时换出到外存，把外存中某些已具备运行条件的进程换入内存，也就是进程在内存与硬盘之间动态调度，也就是我们之前章节所讲的中级调度。

大家一起来思考一下如下几个问题：

1、应该在外存的什么位置保存被换出的进程？

2、什么时候应该交换？

3、应唤出哪些进程？

我们一个个问题来看，先看第一个：应该在外存的什么位置保存被换出的进程？

如果你当前使用的操作系统，它是具备交换功能的，那么通常操作系统会把磁盘空间划分为两个部分：文件区、对换区。 文件区主要就是用来存放文件，被唤出的进程数据就保存在对换区。

既让这个对换区 是和我们内存打交道比较频繁的，会直接影响系统的整体速度，所以对换区通常采用的是连续分配方式，I/O 的速度是肯定要比文件区的速度更快。在这里还有同学可能不理解什么是连续分配方式，这个在文件管理的章节中会讲到。

接着来看第二个问题，交换通常是在许多进程运行并且内存吃紧时进行交换，等待系统负荷降低了就暂停。比如说：在发现很多进程在运行的时候经常发生缺页，就说明内存比较紧张了，此时就可以换出一些进程。

那最后操作系统发现内存资源紧张了，那该换出哪些进程呢？ 有这么几个参考条件： 可优先换出当前处于阻塞状态的进程，也可以优先换出优先级比较低的进程。 但是要注意一点，被唤出的进程所属的 PCB 是会常驻在内存的，如果 PCB 都没有了，那内存对应的记录都找不到了，PCB 通常会记录该进程被唤出在外存的具体位置，便于重新调入时可找。

本章总结