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虚拟记忆体(Virtual Memory)

前面说到了Cache System後面还有一个Virtual Memory，Virtual Memory是利用硬碟支援Main Memory的技术。比如说我们做了需要很多Memory的事情，像是Chrome开了很多分页或是开了很多APP，8GB或是16GB的Main Memory有时候会塞不下，所以我们就需要安全且有效率的方法实行，否则电脑将无法正常运作。

虚拟位址(Virtual Address)

在支援Virtual Memory的电脑中，处理器会产生一个Virtual Address，并且藉由硬体及软件转译程Physical Address。

也就是说电脑会告诉你东西的编号，要去某个地方询问才能得知东西的真正位置在哪个装置的哪个位置。

Page Table

不同於Cache System的单位名称Block，Virtual Memory的单位称为Page，如果要求的page不在Main Memory，则称为page fault。

因为记忆体跟硬碟的存取速度有明显的落差，所以Virtual Memory注重的是减少page fault，通常采用Fully Associative，并且也会使用教聪明的演算法更换page。

我们透过Page Table储存Virtual Address，并将此表存在Main Memory中，Page Table架构如下：

透过page table可以找到phsical page number，并且有一个valid bit，如果是1代表该page在Main Memory中，反之则在disk中，并且称为page fault。因为将page放在Main Memory中程序才能正常执行。

Reference Bit & Dirty Bit

为了更好的演算法决定哪个page要被替换掉，我们需要加上一些资讯。Reference bit就是拿来检测该page多久没有被使用到了，不过因为LRU成本较高，我们使用的只是类似LRU的作法而已。

因为写回硬碟相当花时间，所以我们又增加了一个bit来确认该page有没有被更动，有发生改动才花时间写回硬碟。

增加了这两种bit，在加上Main Memory还有disk的图形就会如下图所示：

如果存取到不在Main Memory(Physical Memory)中的就代表page fault，此时要在disk才能翻到。

可以注意到上面还有一个TLB，马上就来说说他是什麽。

TLB

我们凡是都会希望再快一点，page的存取一样有区域性，所以现在用到的page很可能等等又要用到，相较於现在page table放在Main Memory中，如果我们能另外用一个硬体当作一个特别的page table，速度又可以提昇许多。

TLB就像是page table的cache，可以更快速的取得某些physical address，如果这边没有找到再去page table找，所以通常TLB不会太大，以免花在TLB的时间太多。

Miss种类

前面提到如果需求的资料不再较为快速的那一层称为miss，不过miss还可以分成三个类型：

既然知道了miss的原因，我们就可以着手改善：Conflict misses可以透过增加关联度降低，不过可能造成读取速度变慢；Capacity misses可以透过加大容量，不过可能导致整体效能降低；Compulsory misses可以增加区块大小，不过会造成miss penalty增加。

各种作法都会有优缺点，最後该怎麽做需要不断的实验，才能找出对当下最有帮助的作法。

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