第二十四天 Virtual Memory(虛擬記憶體)--(四)

Trashing現象會發生在page分配到的frame不夠多時，會很頻繁的發生page fault，會使CPU的使用效率突然急速下降。

Trashing產生：

1. Frame不夠，發生page fault
2. Page replacement發生
3. 很快的frame又不夠用，又需要Page replacement (2 3之間會產生很多page fault)
4. 導致CPU使用效率低，因為process都在忙著swap in/out，CPU就空閒下來，這時CPU就會想提高程度，抓更多process進來工作。
   以下是thrashing的圖表：
   
   而解決thrashing的策略有working-set model跟page fault frequency。

• Working-set model：
  預估process在不同時間內所需要的frame數量，並提供足夠的frame防止thrashing。他將∆定義working-set window，如果∆太小，會無法包含整個locality; 如果∆太大，就會重複很多locality，在∆等於無限大時，就等於整個program。而將Ｄ代表process對frame的總需求量，如果Ｄ>可用量時，就會發生thrashing，以下有例圖：
  
• Page fault frequency：
  解決thrashing更直接的策略，如果錯誤率太高，就增加frame給process; 如果錯誤率太低，就會收回一些frame。

Memory-mapped files(記憶體映射檔)：

Memory-mapped file會讓一段虛擬記憶體對應於一個檔案，將檔案I/O視為經常性記憶體，不同於open()等標準系統存取。藉由memory-mapped file相關程式，直接從virtual memory讀取檔案內容，加速I/O效能。

特性：

• 高速檔案存取(主要目的)：傳統讀取檔案需要system call和disk存取
• 將大檔案載入記憶體
• 可讓多個程式共享記憶體

以下是例圖：

在Windows API內shared memory步驟：

1. 產生一個file mapping
2. Producer用CreateFile()開啟被對應檔，歸HANDLE
3. 用CreateFileMapping()產生named shared-memory object
4. consumer以MapViewFile()在virtual address space建立mapped file的view

以下是例圖：

Allocating kernel memory(核心記憶體分配)：
不同於user memory，多用free-memory pool分配，因為kernel需要的memory會因架構而不同，像是I/O裝置就需要連續的記憶體。

• Buddy system(夥伴系統)：
  可以讓固定大小的區段組成更大的連續page，他的分配大小通常為2的次方。他的優點是可以快速合併成更大的chunk，但他也容易造成fragmentation，像是33KB的就只能使用64KB的page，浪費了31KB的空間。

• Slab allocator(平板分配)：
  他是個替代策略，slab是由一或多個physically contiguous page組成，而cache由一或多個slab組成，object會去使用cache。這個方法就沒有fragmentation的問題，以下有例圖：
  
  其他的考慮因素有：

• Prepaging(預先分頁)：
  在pure demand paging剛開始執行時，一定會發生很多page fault，會影響CPU的效能，所以Prepaging就是要減少這種大量page fault的process startup。

• Page size：
  有些OS designer可以選擇page size，而要產生一個最佳大小的page需要考慮：fragmentation、page table size、resolution、I/O overhead、page fault數量、locality、TLB size。平均來說，page size大一點比較好。

• TLB Reach：
  TLB(translation look-aside buffer)，TLB Reach代表TLB可存取的記憶體大小，他的大小由TLB size x page size決定。理想中，process的working set存放在TLB中。如果不是，那可能要花很多精力處理page fault。

• Program Structure

• I/O interlock：
  有些page需要被鎖在記憶體內，像是用來處理I/O的page。

到這裡我們就說完虛擬記憶體啦！寫的不是很好，請多包涵～～