35、Windows 2000 内存管理与页面替换策略解析

Windows 2000 内存管理与页面替换策略解析

1. LRU 算法与时钟算法

在虚拟内存管理中，页面替换是一个关键问题。LRU（Least Recently Used，最近最少使用）算法是一种经典的页面替换策略，但在实际应用中，很少以纯粹的形式使用。因为维护页面按最后引用时间的全序关系是一个开销极高的操作，考虑到实际内存页面的访问频率，这种开销是难以承受的。

为了支持 LRU 内存老化机制，计算机硬件进行了相应的发展，提供了一种在虚拟地址转换为物理地址时自动更新引用位的功能。例如，Intel IA - 32 架构在页表项（PTE）中维护这些引用位（访问位）。

时钟算法是 LRU 算法的一个流行变体，它利用硬件维护的访问位进行页面替换。该算法在 MVS 和 Unix 系统中都有应用。在每个时钟间隔，操作系统的内存管理函数会扫描并重置所有硬件访问位，同时积累物理内存中页面未被引用的时间信息。根据这些老化信息，页面会按最近引用时间进行排序。当物理内存耗尽时，就会替换掉最旧的驻留页面。

不过，时钟算法也有其局限性，特别是在处理非常大的内存配置时，扩展性较差。其老化算法的执行时间与驻留页面帧数据库的大小成正比。例如，IBM 大型机 MVS 操作系统针对大内存进行了优化，根据系统中最旧页面的年龄来调整时钟更新的频率。

2. Windows 2000 单处理器系统的页面替换策略

在单处理器系统上，Windows 2000 实现了一种退化形式的时钟老化算法，利用 PTE 访问位来区分新页面和旧页面。负责页面修剪的平衡集管理器（Balance Set Manager）内核线程每秒会对每个进程的工作集进行一次扫描。

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