基本假设：进程的代码与数据部分装入内存
一、背景
有些情况下不需要将整个程序放入内存：
①程序中有处理异常错误条件的代码
②数组、链表、表通常分配了比实际所需要的更多的内存
③程序某些选项可能很少使用
虚拟内存将内存抽象成一个巨大的、统一的存储数组，进而将用户逻辑内存与物理内存分开，逻辑内存的大小不再受限，需要内存管理单元MMU将逻辑页映射到内存的物理页帧，这里只讲请求分页调度。
二、请求分页
1、在需要的时候才调入相应的页
2、交换程序对整个进程进行操作，调页程序只对进程的单个页进行操作。
3、在换入的时候，调页程序会推测在再次换出前会用到哪些页
4、有效无效位：之前在内存管理中的是表示是否有效，而现在是表示（1：合法且在内存中；0：无效或者可能在磁盘上）。初始值为0，当时试图访问为0的页时会发生页错误陷阱
5、当有效位无效的时候，不会对MMU进行地址转换
6、是否合法需要在中断程序中判断
7、长期调度的时候会决定哪些页放入内存，哪些放在磁盘
8、页错误陷阱的处理：
①检查进程的内部页表（一般与PCB一起保存），以确定该引用是合法还是非法的地址访问。在中断程序中进行
②如果引用非法，那么终止进程。如果引用有效但是尚未调入页面，那么现在应调入。
③找到一个空闲帧（从空闲帧链表中取一个，可能引发页面置换）
④调度一个磁盘操作，以便将所需要的页调入刚分配的帧。是磁盘I/O采用DMA方式进行，会将进程放入等待队列
⑤当磁盘读操作完成后，修改进程的内部表和页表，以表示该页已在内存中。I/O完成
⑥重新开始因非法地址陷阱而中断的指令。进程现在能访问所需的页，就好像它似乎总在内存中。进程状态改变
9、通过第一次中断陷入OS，OS启动I/O操作，I/O操作完成引发第二次中断
10、有的指令（如MOV）可能会访问多个（三个）页的内存（一页指令，两页数据）
11、页表：通过有效无效位将条目设置为有效/无效
12、次级存储器：存储不在内存的页，一般为快速磁盘，即交换空间。
13、请求调页的关键是在页错误之后重新执行指令
14、性能：
设P为页错误的概率（0≤P ≤ 1），如果P等于0，则不存在页错误，如果Ｐ等于１，则每次访问都存在页错误：
有效访问时间（EAT）＝ （1－P）× 内存访问时间 + P×页错误时间
15、交换空间有两种使用方法：
①进程在创建时将整个文件镜像复制到交换空间中，并从交换空间进行按页调度
②从文件系统中按需调页，页置换时将页写入交换空间
三、写时复制
1、允许父子进程开始时共享同一页面，如果任一进程需要对该页进行写操作，则创建一个共享页的拷贝。所有非修改页会被父进程和子进程共享
2、写时复制需要的空闲页来自一个空闲缓冲池，该池中的页在分配前先填充0，以清除之前的内容
四、页面置换
1、给原有的页错误服务程序增加页置换，以防止内存的过度分配
2、只有被修改过的页才能写回到磁盘
3、页置换分开了逻辑内存与物理内存
（一）、基本页置换
①查找所需页在磁盘上的位置
②查找一个空闲帧，否则用页置换算法选择一个牺牲帧，将其写入磁盘，并改变页表与帧表
③将所需页写入空闲帧，改变页表与帧表
④重启进程，阻塞到就绪
1、通过修改位或者脏位来降低开销，表示是否需要重写到磁盘上的副本
2、需要开发帧分配算法与页置换算法，分别决定一个进程分配多少帧以及如何选择要置换的页
3、通过运行一个特殊字符串（引用串）来检验算法并计算页错误率
（二）、FIFO页置换
1、记录每个页进入内存的时间，并选择最老的页
2、Belay异常：页错误率可能会随着分配帧的数目的增加而增加，而不是一般情况下的降低
（三）、最优页置换，OPT/MIN
1、难以实现，需要引用未来的知识
2、是所有算法中产生页错误率最低的，且不会有Belay异常的情况
3、会置换最长时间内不会被使用的页（向前看）
（四）、LRU页置换
1、最近最少使用算法，置换最长时间内没有被使用的页（向后看）
2、可以通过为每一个页表项关联一个时间域，并给CPU增加一个计数器，每次内存引用，为对应页表项的时间域进行更新，置换最小的页
3、或者通过一个页码堆栈，每次将被引用的页从堆栈中删除并重新放回顶部，这样堆栈的顶部必定是最近使用的页，而底部为LRU页
（五）、近似LRU页置换
1、附加引用位算法：每页关联一个引用位，初始化为0，当页被引用的时候，改为被设置为1。引用位可以有多个，比方说有8位引用位，就表示着该页在最近8个时间周期内被使用的情况。而11000100比01110111的页更为最近使用。每次选择8位最小的一个页为LRU页，进行置换。
2、二次机会算法：基于FIFO算法。当选择时，检查引用位，如果为0则直接进行置换，否则会给第二次机会，并将引用位清零，到达时间设置为当前时间。
（六）、基于计数的页置换：
为每个页保留一个用于记录其引用次数的计数器，有两种算法：
①最不经常使用页置换算法
②最常使用页置换算法
五、帧分配
1、给每个进程分配最低数量的页，必须有足够的帧容纳所有单个指令所引用的页，而帧的最少数量是由计算机定义的。
2、指令是6字节，可能跨2页
3、要移动的字符的块和要移动到目的的区域也可能都要跨页。
4、有两种主要的分配方法：
①固定分配
②优先级分配
（一）、固定分配
1、有两种：
①平均分配
②按比例分配
2、每个进程所分配的数量会随着多道程序的级别而改变，多道程序的程度增加（内存中进程的数量增加），那么每个进程会失去一些帧来给新的进程
（二）、优先级分配
1、按优先级比例而不是进城大小来分配
2、如果一个进程产生了一个页错误，那么可以：
①从自身的帧中选择用于替换
②从比自身优先级低的进程中选取帧用于替换
（三）、全局分配与局部分配
1、全局置换：允许一个进程从所有帧集合中选择一个置换帧，而不管该帧是否已分配给其他进程；一个进程可以从另一个进程中取帧。
2、局部置换：要求每个进程仅从其自己的分配帧中进行选择
六、系统颠簸
1、如果一个进程没有足够的页，那么会一直忙于将页面换进换出，页错误率就会非常高。这会导致CPU使用率低，新的进程会加入到系统中来。
2、OS发现CPU使用率低，会加大多道程序程度，使更多进程加入到内存，使页错误率更高，最终系统无法完成工作
3、局部置换可以限制颠簸在进程之间传递与扩散，而不能解决
4、工作集合策略研究一个进程实际正在使用多少帧，定义了进程执行的局部模型。
5、当进程执行时，它从一个局部移向另一个局部。局部是一个经常使用页的集合。一个程序通常由多个不同局部组成，它们可能重叠。
6、当一个子程序（函数）调用的时候，就定义了一个新局部
7、局部是由程序结构与数据结构来定义的，如果分配的帧少于局部的大小，进程会颠簸
（一）、工作集合模型：基于局部性假设
1、定义工作集合窗口，检查最近a个页面的引用，即工作集合。如果正在使用，则保留，否则，会在上次引用的a个时间单位后删除
2、工作集合模型是程序局部的近似
3、精确度与a的大小有关，如果a太小，则不能包含整个局部。若太大，可能包含多个局部
4、WSSi (进程Pi的工作集) = 最近所引用的所有页面的总数（不同时刻值不同）
5、D ＝ ∑WSSi 表示总的帧需求量。如果 D 大于可用帧数量，那么有的进程就得不到足够帧，从而会出现颠簸
6、这时可以悬挂某些进程，以消除颠簸现象
7、OS会跟踪每个进程的工作集合，并分配大于其工作集合的帧数。如果有空闲帧，则可以启动另一个进程
8、通过固定定时中断和义勇为，能够近似模拟工作集合模型
（二）、页错误频率
1、可以灵活地控制颠簸
2、如果实际的页错误频率太高，则分配更多的帧，如果太低，就可以从进程中拿走帧
3、如果太高而又没有可用的空闲帧，那么就选择一个进程进行暂停，将其的帧进行释放，并分配给错误率高的进程
七、其他考虑
1、页的大小如何选择：
①若考虑碎片，则需要小页
②若考虑页表大小，则需要大页
③若考虑I/O开销，则需要大页
④若考虑局部性，会有两个极端的矛盾。更小的页应用导致更少的I/O和更少的总的分配内存；而为了降低页错误数量，需要大页。
2、TLB范围：通过TLB可访问的内存量
3、在理想的时候，一个进程所有的工作集合均在TLB中
