5-4虚存技术（上）

在C语言里面是按照行优先来放置二维数组，a0,0->a0,1023 a1,0->a1,1023......

上图第一行，从a0,0->a0,1023其实已经占了一个页了，所以如果数组的数据还在硬盘当中，当它第一次访问的时候，数据还不在内存中，所以会产生一个缺页异常，操作系统就会把这个4K的数据块放到内存中来，那么程序1会访问到a0,0，这时候可以正常访问，访问之前产生了一次缺页异常，第二次访问的是a1,0，从位置上来说a1,0和a0,0差了4K（一个int占4个字节）这么大的一个距离，这个数据其实也在硬盘上，这个时候可以看出来在一个很短的事件内，它访问的两个数据，隔得很远，不具有前面所说的时间局部性也不具有空间局部性，使得操作系统不得不把另一个4K数据块导入到内存中，又产生一次中断，以此类推，共产生1024X1024次缺页中断，意味着在当前特定情况下，没进行一次访问就会产生一次中断。每产生一次中断就会完成从硬盘到内存的读写操作，可以看到开销是非常大的。

第二个程序，按照列来访问的，a0,0,a0,1.....a0,1023，当第一次访问，跟程序1一样，数据在硬盘上，会产生一次中断，接下来操作系统会把数据从硬盘导到内存中去，接下来访问a0,1，这个位置是紧接着a0,0的，它具有很好的空间局部性和时间局部性，那么a0,0,a0,1.....a0,1023这一行都不会产生中断，这一个4K页访问都不会产生中断，这样只会产生1024次中断。开销远远小于程序1

如果设计一个程序都不具备局部性，操作系统就很难推测出来，应该把哪些数据和代码放到内存中去，正是因为有了局部性，是的操作系统可以认为，当前这在访问的，数据和代码，在一段很短时间内，它旁边靠近的数据和代码都看会被访问，它根据这个原理做出选择，应该把哪些代码和数据放到内存中去。

要实现高效虚存管理技术，除了操作系统和硬件外，还需要我们的程序有一定的局部性，如果不具备局部性，高效实现起来很困难。

注意一点，操作系统内核是不能被换出的，需要常驻内存。

上图第三个，不连续的，体现在什么地方？物理内存分配不连续，同时，虚拟空间使用也是不连续的，这个前面章节说的有个对照，之前将的虚拟内存是连续的，在这里由于有换入换出机制，可能把虚拟空间连续的区域中的一部分换出到外存中去了，使得实际执行过程中，可能会出现，执行到某阶段，会出现这个页不存在，这种情况下就会产生访问异常，这个异常，重装系统会自动处理，会把需要连续执行的代码和数据重新加载到内存，从而使得程序继续执行。

上图所示，虚拟内存的具体实现，以页内存管理为基础讲解。

PTBR 页表基址寄存器