策略：应对内存压力 | 海音的日程档案

内存不够了怎么办
- 当系统需要空闲内存或将硬盘中的页换入内存，而你的物理内存已经全部被占满时，迫于内存压力(Memory pressure)，系统需要将一些页换出(Paging out)，为所需的页提供空间。
- OS通过替换策略(Replacement policy) 来决定要踢出(Evict) 哪些页
缓存管理
- 由于物理内存中只含有所有页中的子集，所以就相当于我们将一些页放进了缓存(Cache) ，我们的目标就是让缓存未命中(Cache miss)最少，让缓存命中(Cache hit)最多
- 我们可以计算程序的平均内存访问时间(AMAT, Average memory access time)： $AMAT = (P_Hit * T_M) + (P_Miss * T_D)$
  - $T_M$为访问内存的成本
  - $T_D$为访问磁盘的成本
  - $P_Hit$为缓存命中的概率
  - $P_Miss$为缓存未命中的概率（$P_Miss = 1 - P_Hit$）
- 我们需要做的，就是让AMAT更高
策略
- 最优替换策略
  - 最优(Optimal)替换策略（原先叫做MIN）是指替换内存中在最远将来才会被访问到的页，但显然它难以实现
  - 通过与最优替换策略比较，我们可以衡量各个策略的性能
- 简单策略：FIFO
  - FIFO策略非常好理解，通过先进先出的队列规则，让新来的页替换掉最早来的页
  - 它不够智能，无法理解每一页的重要性之分，也无法根据重要性来判断该替换什么页
- 简单策略：随机
  - 随机策略就更简单了，直接随便找一个页踢掉，换成新来的页
  - 显然，随机策略的性能如何完全看运气
- 利用历史记录的策略：最近最少使用(LRU)
  - 最近最少使用(LRU, Least-recently-used) 可以顾名思义：如果一个页在近期内被访问了很多次，那么说明它很可能很重要，不应该被替换；而如果一个页在近期一段时间内很少被访问，那么说明它可能不那么被需要，可以被替换
  - LRU使用了一个历史信息：频率(Frequency)，是基于局部性原则(Principle of location) 的
  - 于此类似的，还有很多利用历史记录的策略，例如最不经常使用(Least-frequently-used)
- 近似LRU
  - 我们在硬件中增加一个使用位(Use bit)，也被称为引用位(Reference bit)。每个页都拥有一个对应使用位。当页被引用时，硬件会将使用位置1。不过置0的操作不会由硬件完成，而是由操作系统完成
  - 这个位可能存储在页表中，也可能存储在什么别的数组里
  - 我们可以有多种方法来通过使用位实现近似LRU，例如时钟算法(Clock algorithm)
    - 维护一个时钟指针(Clock hand)，它开始时指向某个特定的页
    - 当需要进行页替换时，OS会检查当前时钟指针指向的页P的使用位是0还是1 - 若是1，则意味着该页P最近刚被使用，那么P不适合被替换。然后将P的使用位置0，时钟指针递增到下一页（P+1），并检查P+1页 - 若是0，则意味着该页最近没被使用过，可以用这一页来替换
- 考虑脏页
  - 如果一个页已被修改(Modified)，并因此变脏(Dirty) ，则踢出它后就必须将它换入磁盘，因为我们不能丢失那些修改
  - 对于一个页没有被修改，是干净(Clean)的，那么物理帧可以被直接用于其他目的，而不需要将当前页换入磁盘，这可以节省硬盘I/O开销
  - 因此，一些系统更倾向于踢出干净页而不是脏页
  - 硬件可以通过存储一个修改位(Modified bit)，又名脏位(Dirty bit)，来记录一个页是否被修改过

内存不够了怎么办

缓存管理

策略

最优替换策略

简单策略：FIFO

简单策略：随机

利用历史记录的策略：最近最少使用(LRU)

近似LRU

考虑脏页