Windows如何自主设计虚拟内存

1.概念

虚拟内存是计算机系统内存管理的一种技术。 它使得应用程序认为它拥有连续的可用的内存（一个连续完整的地址空间），而实际上，它通常是被分隔成多个物理内存碎片，还有部分暂时存储在外部磁盘存储器上，在需要时进行数据交换。目前，大多数操作系统都使用了虚拟内存，如Windows家族的“虚拟内存”；Linux的“交换空间”等。
Virtual memory – separation of user logical memory from physical memory.
放张图有利于理解：
Windows如何自主设计虚拟内存

2.工作原理和性能

Demand Paging按需调页

当调用的程序段没有在内存中时，引发page fault陷入内核。
执行步骤如下：
Windows如何自主设计虚拟内存

检查进程的内部页表，以确定该引用是合法还是非法的地址访问。
如果非法，则终止进程。如果引用合法但是尚未调入页面，那么现在应该调入。
找到一个空闲帧
调度一个磁盘操作，以便将所需要的页调入刚分配的帧
当磁盘读操作完成后，写该进程的内部表和页表，以表示该页已在内存中
重新开始因陷阱（page fault）中断的指令。进程现在能访问所需的页，就好像她似乎总在内存中。

按需调页的性能

Page Fault Rate页错误率
EAT有效访问时间

设Page Fault Rate 0 <= p <= 1.0

Effective Access Time (EAT)
EAT = (1 – p) x memory access
+ p (page fault overhead
+ swap page out
+ swap page in
+ restart overhead)
=（1-p）x(内存访问时间)+px(页错误时间)
相比于内存访问时间，页错误时间会大好几个数量级，因为涉及到i/o操作。所以页错误率必须十分接进于0，否则该技术没有意义。

3.windows中的虚拟内存

Windows中运用了虚拟内存技术，即匀出一部分硬盘空间来充当内存使用。当内存耗尽时，电脑就会自动调用硬盘来充当内存，以缓解内存的紧张。若计算机运行程序或操作所需的随机存储器(RAM)不足时，则 Windows 会用虚拟存储器进行补偿。它将计算机的RAM和硬盘上的临时空间组合。当RAM运行速率缓慢时，它便将数据从RAM移动到称为“分页文件”的空间中。将数据移入分页文件可释放RAM，以便完成工作。一般而言，计算机的RAM容量越大，程序运行得越快。若计算机的速率由于RAM可用空间匮乏而减缓，则可尝试通过增加虚拟内存来进行补偿。
虚拟内存是Windows 为作为内存使用的一部分硬盘空间。虚拟内存在硬盘上其实就是为一个硕大无比的文件，文件名是PageFile.Sys，通常状态下是看不到的。必须关闭资源管理器对系统文件的保护功能才能看到这个文件。虚拟内存有时候也被称为是“页面文件”就是从这个文件的文件名中来的。