IT鐵人前面說到了Cache System後面還有一個Virtual Memory，Virtual Memory是利用硬碟支援Main Memory的技術。比如說我們做了需要很多Memory的事情，像是Chrome開了很多分頁或是開了很多APP，8GB或是16GB的Main Memory有時候會塞不下，所以我們就需要安全且有效率的方法實行，否則電腦將無法正常運作。
在支援Virtual Memory的電腦中，處理器會產生一個Virtual Address，並且藉由硬體及軟體轉譯程Physical Address。
也就是說電腦會告訴你東西的編號，要去某個地方詢問才能得知東西的真正位置在哪個裝置的哪個位置。
不同於Cache System的單位名稱Block，Virtual Memory的單位稱為Page，如果要求的page不在Main Memory，則稱為page fault。
因為記憶體跟硬碟的存取速度有明顯的落差，所以Virtual Memory注重的是減少page fault，通常採用Fully Associative，並且也會使用教聰明的演算法更換page。
我們透過Page Table儲存Virtual Address，並將此表存在Main Memory中，Page Table架構如下：
透過page table可以找到phsical page number，並且有一個valid bit，如果是1代表該page在Main Memory中，反之則在disk中，並且稱為page fault。因為將page放在Main Memory中程式才能正常執行。
為了更好的演算法決定哪個page要被替換掉，我們需要加上一些資訊。Reference bit就是拿來檢測該page多久沒有被使用到了，不過因為LRU成本較高，我們使用的只是類似LRU的作法而已。
因為寫回硬碟相當花時間，所以我們又增加了一個bit來確認該page有沒有被更動，有發生改動才花時間寫回硬碟。
增加了這兩種bit，在加上Main Memory還有disk的圖形就會如下圖所示：
如果存取到不在Main Memory(Physical Memory)中的就代表page fault，此時要在disk才能翻到。
可以注意到上面還有一個TLB，馬上就來說說他是什麼。
我們凡是都會希望再快一點，page的存取一樣有區域性，所以現在用到的page很可能等等又要用到，相較於現在page table放在Main Memory中，如果我們能另外用一個硬體當作一個特別的page table，速度又可以提昇許多。
TLB就像是page table的cache，可以更快速的取得某些physical address，如果這邊沒有找到再去page table找，所以通常TLB不會太大，以免花在TLB的時間太多。
前面提到如果需求的資料不再較為快速的那一層稱為miss，不過miss還可以分成三個類型：
| 名稱 | 原因 |
|---|---|
| 強迫性失誤(Compulsory misses) | 第一次使用的區塊必定不在快速的那一層中，所以必定發生失誤，也稱為冷開機失誤(cold-start misses)。 |
| 容量性失誤(Capacity misses) | 程式執行時如果容量不足以包含所有需要的區塊時，區塊會不斷被取代。 |
| 衝突性失誤(Conflict misses) | 在Set Associative以及Direct Mapped中，當許多區塊撞到同一個entry中，導致其不斷遭替換。 |
既然知道了miss的原因，我們就可以著手改善：Conflict misses可以透過增加關聯度降低，不過可能造成讀取速度變慢；Capacity misses可以透過加大容量，不過可能導致整體效能降低；Compulsory misses可以增加區塊大小，不過會造成miss penalty增加。
各種作法都會有優缺點，最後該怎麼做需要不斷的實驗，才能找出對當下最有幫助的作法。
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|---|---|
| Multilevel Cache | Disk很大，你忍一下 |
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