虛擬記憶體的問題

基本的虛擬記憶體概念

現代儲存技術之後所用的科技著實令人印象深刻；但系統管理者不太需要了解這些細節。事實上，系統管理者只要記得一點就夠了：

記憶體永遠不夠！

這句話乍聽之下「笑」果十足；但事實上，作業系統的設計師早已花上許多精力，只為了解決記憶體不足的窘境。這方法就是「虛擬記憶體（virtual memory）」 — 將實際的 RAM 與較慢的硬碟結合起來，讓系統所擁有的記憶體看起來比實際的還多。


虛擬記憶體的兩三事

我們就從一個假設性的應用程式看起。假設這個應用程式的機械碼大小為 10,000 位元組，還需要 5,000 位元組的空間儲存資料與 I/O 緩衝區。這表示這作業系統需要 15,000 位元組的記憶體才能執行；少一個位元組都不行。

這 15,000 位元組就稱為應用程式的「定址空間（address space）」，這是需要容納應用程式與其資料的獨一無二空間大小。在第一批電腦上，記憶體的大小就得比最大的應用程式還大；不然的話，執行這程式就會得到「記憶體不足」的錯誤訊息。

之後的解決方法稱為「覆疊（overlaying）」，能讓程式設計師決定在何時、應用程式的哪一個部份要載入到記憶體中。用這種方式，程式中初始化的部份只要在一開始的時候載入，然後接下來要運行的程式載入時，會覆蓋先前初始化的程式碼，以善用同一塊空間。覆疊功能可以減輕記憶體不足的問題，但這過程非常複雜，又容易出錯。覆疊也沒有辦法解決執行期間，整個系統記憶體不足的問題。換句話說，覆疊的程式所需的記憶體比沒有覆疊的程式要來得少，但如果系統的記憶體比覆疊過後的程式還少，那結果還是一樣的 — 「記憶體不足」。

虛擬記憶體則賦予應用程式的定址空間一個全新的意義：它不在乎應用程式執行時，需要多「多」記憶體；相反地，它不斷的在尋找一個問題：「應用程式執行時，需要多麼『少』的記憶體？」

根據我們假想的應用程式，它需要 15,000 位元組的空間，回想一下第 4.1 節中的討論 — 記憶體存取傾向於循序、發生在鄰近的地點。所以，同一時間內執行這應用程式所需的記憶體數量會低於 15,000 位元組 — 通常要低得多。想想一個執行週期所需要用到的記憶體存取類型：


從記憶體讀取指令。

從記憶體讀取資料。

指令完成後，將結果寫回記憶體。

每次存取所需要的記憶體數量會因為 CPU 的架構、實際指令、以及資料型態而有所不同。然而，即使每個指令存取記憶體時，會用到 100 位元組的記憶體，那麼總共 300 位元組還是遠低於 15,000 位元組的定址空間。如果我們有個方法可以在應用程式執行時，監控程式的記憶體使用量，那麼我們就可以用遠低於定址空間的記憶體，執行這個程式。

但這不禁讓我們想問一個問題：

如果在某個特定時間，應用程式有一部分在記憶體中，那麼其他部份到哪裡去了？


後勤單位 — 虛擬記憶體的最高指導原則

這答案很簡單，應用程式的其他部份都在硬碟上。換句話說，硬碟就像記憶體的「後勤單位」；用空間大、速度慢的儲存媒體，當作速度快、容量小儲存媒體的「備用空間」。乍看之下，這似乎會產生很大的效能問題 — 畢竟硬碟要比記憶體慢得多。

這說的沒錯，但我們可以利用應用程式循序與鄰近的存取模式，讓硬碟太慢的效能問題降到最低。我們可以仔細架構虛擬記憶體子系統，以確保應用程式現在需要的部份 — 或很快就會用到的部份 — 能保存在記憶體中，讓真正需要的時候，立即派得上用場。

這觀念跟快取與主記憶體間的依存關係很像：結合小量的快速儲存空間、以及大量的慢速空間，成為一個看似又快又大的儲存體。

虛擬記憶體（virtual memory）」 — 將實際的 RAM 與較慢的硬碟結合起來，讓系統所擁有的記憶體看起來比實際的還多。

虛擬記憶體：詳細情形
首先我們要先介紹一個新概念：虛擬定址空間（virtual address space）。虛擬定址空間指的是應用程式會用到的最大定址空間。虛擬定址空間與系統架構有關，因為虛擬定址空間能用到幾個位元，是由架構所定義的。虛擬定址空間也與作業系統有關，因為它可能會在系統架構之上，加入額外的限制。

虛擬定址空間中的「虛擬」指的是可能會分給這應用程式的總空間，但「不是」安裝在系統中的實體記憶體，或應用程式任何時候可能用到的空間。

以我們剛剛的例子來說，虛擬定址空間為 15,000 位元組。

要製作虛擬記憶體，電腦系統需要有特別的記憶體管理硬體。這硬體通常被稱為記憶體管理單元（MMU，Memory Management Unit）。沒有 MMU 的話，當 CPU 存取記憶體時，實際的記憶體位址永遠不變 — 記憶體位址 123 永遠會在 RAM 的相同位置。

不過有了 MMU 之後，記憶體位址每次存取前，都會先轉譯過。這表示記憶體位址 123 可能一下會被轉到實際位址 82034，之後又被轉到 20468 去。這樣一來，為了追蹤虛擬到實體位置的轉譯過程，就必須監控成千上萬個記憶體位元組，造成極大的效能負荷。所以，MMU 會將記憶體切割成許多分頁（pages） — 連續的記憶體區段，每段的大小相同，並由 MMU 視為一個個獨立的個體。

紀錄這些分頁及分頁的位址轉譯過程聽起來像是多此一舉。但是，虛擬記憶體卻是非用不可的東西。基於這些原因，請想想以下一點。

還是以剛剛擁有 15,000 位元組虛擬定址空間的應用程式來看，假設應用程式的第一道指令就是存取位於位址 12374 的資料；但電腦所擁有的記憶體位址最多只到 12288，那會發生什麼事呢？

這種情況就叫做分頁錯誤（page fault）。

4.4.1. 分頁錯誤
分頁錯誤指的是當程式試圖存取定址空間中的資料（或程式碼）時，這資料（或程式碼）卻不在系統記憶體裡的一連串情形。作業系統必須把資料放到該在的地方，以處理分頁錯誤的問題；同時也讓程式覺得好像分頁錯誤從來沒有發生過一樣。

以我們剛剛的例子來說，CPU 會把想找的資料位址（12374）傳給 MMU；然而 MMU 卻還未轉譯這個位址，只好向處理器發出中斷訊號，以執行稱為分頁錯誤處理程式（page fault handler）的軟體。這軟體會決定如何處理這分頁錯誤的問題。它會：


找出欲存取的分頁在硬碟的哪個地方，將之讀入（在這情況下，讀入的通常會是程式碼）

確定這分頁已經在主記憶體中（但尚未分配給目前的程序），並設定 MMU 指向這分頁

指向一個完全空白（數值為零）的特殊分頁，如果程序試著寫入該分頁，那就分配一個新的分頁給這程序（這稱為「寫入即複製（copy on write）」分頁，通常給初始值全部為零的分頁使用）

從其他地方取得需要的分頁（我們將在稍待一會兒，為您詳細探討）

前面三項都非常的乾脆直接；但最後一項則否。也因此，我們必須為您多做說明。

4.4.2. 工作集
目前指定給某個特定程序的多個實體記憶體分頁，稱之為該程序的「工作集（working set）」。工作集中的分頁數目會因為系統整體的可用分頁多寡，而隨之消長。

當程序發生分頁錯誤時，工作集就會變大；當可用的分頁愈來愈少，工作集就會變小。為了避免記憶體不足，必須從工作集中移除分頁，並標示為可用的分頁，留待稍後使用。作業系統會用以下方法降低工作集的分頁大小：


把一些修改過的分頁寫到硬碟的某個特定區域（通常叫做置換（swapping）或分頁（paging）空間）去

釋出未修改過的分頁（因為資料沒有變動，所以不需要寫入這些分頁）

要為所有的程序決定適當的工作集大小，作業系統必須紀錄所有分頁的使用情形。這樣一來，作業系統就可以知道哪些分頁使用頻繁（所以必須保留在記憶體中），哪些分頁則否（所以可以從記憶體中移除）。在大部分情形下，演算法則會找出最不常用到的分頁，並將這分頁從工作集中移除。

4.4.3. 置換
雖然置換（將修改過的分頁寫到系統置換空間去）是系統運作很正常的一環，但有時置換動作會太過頻繁。我們擔心是因為過度的置換很容易導致以下情況不斷發生：


某個程序的分頁被置換到磁碟上

該程序獲得執行權，並試圖存取剛剛被置換出去的分頁

這分頁被讀回記憶體中（這通常會導致另一個程序的分頁被置換出去）

過了一會兒，這分頁又被置換出去

如果這一連串動作不斷發生，那就稱為 thrashing（猛移；崩潰），表示記憶體的數量不足以支撐目前的工作量。Thrashing 對系統效能有極為負面的影響，因為 CPU 與 I/O 負載會重到影響系統平時的工作。最糟的情形是系統什麼事也不做，只把所有資源都花費在置換分頁上。

調整虛擬記憶體,建議不要設定在系統磁碟機
虛擬記憶體相對於實體記憶體而言，是一種作業系統運用的技術，將磁碟空間模擬成記憶體，使得在實體記憶體不足的系統上，也可執行需要記憶體較多的應用程式。通常 Windows 中會將虛擬記憶體的大小調整在實體記憶體的 2.5 倍。

使用虛擬記憶體之優點：
1. 程式不再受到實際記憶體可用空間限制，記憶體可用空間變大。
2. 有更多程式能同時運用記憶體，增加了CPU 使用率。
3. 載入程式或置換程式所須 I/O 次數減少，速度加快。

虛擬記憶體在磁碟內是以「虛擬記憶體交換（置換）檔」存在，Windows 9X 系列中，是 win386.swp 這個檔案，而在 Windows 2000、Windows XP中，則是 pagefiles.sys 這個檔案。Windows 的「虛擬記憶體交換檔」就是拿一部分的硬碟空間來當作記憶體使用，先把一些記憶體中閒置太久的程式，丟到硬碟上，當有需要用到時程式或資料時再從硬碟 win386.swp 或 pagefiles.sys 裡叫回來。

「虛擬記憶體交換檔」並不是用永遠維持固定的大小（除非限制虛擬記憶體大小），執行的應用程式越多，「虛擬記憶體交換檔」也就越大，「虛擬記憶體交換檔」是根據記憶體使用狀況，自動且機動的調整大小。

若要設定虛擬記憶體大小的話，可在桌面上「我的電腦」圖示上，按滑鼠右鍵，點選「內容」→「效能」→「虛擬記憶體」，下圖就是虛擬記憶體的設定畫面。

如果要改變虛擬記憶體的存放位置，可從「磁碟機」方框內選擇要使用的磁碟。如果想要自己設定大小，可調整「起始大小(MB)」及「最大值(MB)」的方 框，填入你想要的初始大小及可使用的最大值，一般最適合的檔案大小值，大約是電腦實體記憶體的 1.5-2 倍左右較合宜。例如：你有 128MB 的實體記憶體，虛擬記憶體最大就可以設為 128 的 1.5 倍，也就是 192MB（起始大小）及 256MB（最大值）是比較恰當的，既不會浪費空間，也不會小到影響系統效能。在調整完後按「設定」，之後重新開機即可。

虛擬記憶體 <- 係Virtual Memory
唔係RAM
係用Hard Disk 既位黎扮RAM

如果xp 就係
我的電腦 > Right Click > 內容 > 進階 > 效能 > 設定 > 進階 > 虛擬記憶體 > 變更

虛擬記憶體最多 = Hard Disk容量