今天將接著繼續談論關於虛擬記憶體剩下的部分!

Memory-Mapped Files(記憶體映射檔案)

• 它是一個讓一段虛擬記憶體對應到一個檔案，而且將I/O檔案視為一般、經常性的記憶來進行存取，而非一般的system call。
• 這個對應的檔案在一開始時的read是使用demand paging。而且對檔案的read、write被當作是一般記憶體存取，並非透過read()、write()這兩個指令，但也因此簡化其使用跟存取。
• 對於I/O的技術而言，一些OS會使用記憶體mapped檔案，再加上標準的I/O裝置會使用有效率的記憶體管理子系統，也才能避免需要分割子系統的情況出現。
• 以下為示意圖：
  

Shared Memory in Windows API

• 簡單的說就是在Windows API中新增一個記憶體mapping檔案的共同記憶體區域。
• 其步驟就是先新增一個對映的檔案來被對映，然後再建立其view在virtual address space中。
• 為了建立記憶體對映檔案，process會使用Create1File()來打開檔案，再回傳HANDE給被開啟的檔案，接著透過CreateFileMapping()來新增HANDE的對映及一個名為共享記憶體的物件；如果要產生一個view的話就使用MapViewOfFile()語法即可。

Allocating Kernal Memory

• 從使用者記憶體中有著不同的對待方式。
• 當kernel在請求memory時，通常是從free-memory pool中依照不同的尺寸架構來分配，而一些kernel memory是需要連續的。
  接下來就介紹一些分配的方法吧!!
• Buddy System：

1. 是由physical-contiguous pages所組成的固定尺寸segment來分配記憶體到kernel中。
2. 其分配方法是使用power-of-2 allcator。也就是當被需要分配的小於可用的，就將當前的chunk給分裂成兩個下一個較小權力的buddies of 2。
3. 好處是利用一種稱為「coalesce(合併)」的技術，可以快速地將未使用的chunks給合併成更大的chunk。
4. 以下為示意圖：
   

• Slab Allocator：

1. Slab是一個或多個的連續page；然後再由一個或多個slab來組成cache(快取)。
2. 單一個快取是要給每個獨特的kernel數據架構使用，且在快取當中充滿了objects。
3. 當快取被新增時，這些物件就會被標記為free；而當架構被存取時則被標記成used。
   所以如果slab充斥著used的物件，下一個物件就會被分配給空著的slab，倘若也沒有空著的slab，就會產生個新的來接收。
4. 好處是沒有碎片的產生，就能快速地滿足記憶的需求。
5. 以下為示意圖:
   

現在就來說明一些其他的考慮因素吧!

Other Considerations

• Prepaging：

1. 為了減少在process startup時發生page fault的最大次數。
2. 在被referenced前，會有一些或是全部的prepage被一個process所需要。
3. 但如果prepage沒被使用的話，I/O和記憶體就會被浪費掉。

• Page Size：

1. 有時候OS的設計者才會有機會可以選擇page大小，特別是在custom-bulit CPU執行時。
2. 而page的選項包含fragmentation、page table size、resolution等等會被加入考慮。

• TLB Reach:

1. 其意思就是從TLB中記憶體可存取的數量有多少；公式為(TLB size) * (Page size)。
2. 在理想中，每個process的working set可以被儲存在TLB中，但也等於說有很大的機率會產生page fault。
3. 因此要增加page size跟提供multiple page size。

接下來就是一些其他的議題了!

• Program Structure：

1. 因為demand paging是設計成對使用者來說非常簡潔的樣式，所以如果能對基本的demand paging有了解的話，在系統的性能上就會有很大的幫助。

• I/O interlock：

1. 有時候當我們在使用demand paging方法的時候，會造成一些被需要的page被locked在記憶體中。
2. 在考慮I/O時，必須要locked從裝置複製檔案的page，以便通過page replacement algorithm
3. 以下為示意圖：
   

關於虛擬記憶體的介紹就到這裡告一段落了，這跟記憶體管理一樣都是既複雜又很多內容的章節，而我只是將我所理解的內容盡量以簡單的方式告訴大家，希望大家都能學好虛擬記憶體喔~那明天就繼續新的章節吧!