交换空间的使用答案

【问题标题】：Use of Swap space交换空间的使用
【发布时间】：2016-09-15 15:42:29
【问题描述】：

我正在尝试了解交换空间和虚拟内存。这些线程：thread1、thread2 说虚拟内存是一种抽象，交换空间仅用于实现虚拟内存。现在，我的问题是：

1) 交换空间是否是硬盘中的特殊位置，用于临时存储从 RAM 中调出的页面？

2) 还有一个问题：假设我在硬盘中有一个文件 F1，我目前正在文件 F1 的页面 P1 上操作（页面 P1 在 RAM 中）并且我更新了页面 P1。目前，内存中的页面P1和硬盘中的页面P1是不同的。假设操作系统决定从内存中调出 P1。所以，必须发生的事情是页面 P1 必须从 RAM 中移出并进入硬盘中的某个位置。我的理解是它会发生以下任何一种情况：

a) 必须转到交换空间，在这种情况下，磁盘中的页面 P1 仍未更新（尚未刷新）

或

b) 页面 P1 被刷新到磁盘，在这种情况下磁盘中的文件 F1 是最新的。

这里会发生什么，a 还是 b？

【问题讨论】：

标签： memory memory-management operating-system

【解决方案1】：

1) 交换空间是硬盘中的特殊位置，用于临时存储从 RAM 中调出的页面？

是的。根据操作系统的配置方式，交换空间可能是一个单独的分区，或者可能只是文件系统中的一个特殊文件。无论哪种情况，就像你说的：它的目的是暂时保存已从 RAM 中换出的页面。

我目前正在文件 F1 的第 P1 页上操作（第 P1 页在 RAM 中）并且我更新了我的页面 P1

这里的“操作”是什么意思有点模棱两可——你可能意味着你已经使用 fopen() （或类似的）打开一个文件句柄并使用该文件句柄来读取和/或写入文件的内容。我们将这种情况称为 A。

或者，您可能已经使用 mmap()（或等效的东西）将文件的内容映射到虚拟内存中，这样您就可以通过指针直接访问文件的内容，就好像它是一个常规的内存缓冲区一样。我们称这种情况为 B。

目前，内存中的页面P1和硬盘中的页面P1是不同的。假设操作系统决定从内存中调出 P1。

在场景 A（使用 fopen()）中，文件的页面在任何相关意义上都不是“在内存中”；相反，当程序调用 fread() （或类似的）时，操作系统会将文件中的一些字节复制到程序传递给 fread() 调用的内存缓冲区中。内存中确实存在文件中某些数据的副本，并且该数据可能会被分页到交换文件，但该数据与文件本身无关（除非程序可能最终计划 fwrite （）它回到文件中——但操作系统不知道）。所以在这种情况下，分页的内存将进入交换空间，但这不会以任何方式影响磁盘上的文件。

在场景 B（使用 mmap()）中，操作系统“知道”内存中的页面与文件的相应子集有直接的一对一映射，在这种情况下，操作系统可能会很好地分页数据直接输出到 mmap'd 文件中，而不是通过标准交换空间然后到文件中。（操作系统当然不是要求以这种方式聪明，但我相信大多数现代/流行的操作系统会以更有效的方式做到这一点，因为它更有效，没有理由不这样做）

【讨论】：

我指的是 fopen，然后是 fwrite 到页面 P1。所以场景A就是我所指的。作为后续，交换空间的主要优势是什么？假设文件 F1 的页面 P1 被带入内存，我将一些新数据写入 P1。现在该页面与磁盘中的页面不同。现在，如果操作系统将 P1 分页到交换空间，它实际上是从 RAM 移动到磁盘，这需要花费大量时间。相反，它可以将该页面写入磁盘中的实际页面，当再次引用该页面时，直接从文件中获取它而不是交换空间，因为它们都驻留在磁盘中
交换空间的主要优点是，如果您的计算机内存不足，它可以继续运行。（如果没有启用交换空间，RAM 耗尽意味着某些事情会简单地失败；通常在这种情况下，操作系统会选择一个要杀死的进程以释放一些内存，但在某些（大多数是较旧的）操作系统中，整个操作系统可能会崩溃）跨度>
如果计算机内存不足，它会换出一个页面来交换空间。这样会产生一种错觉，即 RAM 中有更多空间。相反，为什么不将页面推送到磁盘中的实际位置，并在需要时从那里取回呢？这也能保证同样的错觉吧？还是我错过了什么？
当您对数据调用 fwrite() 时，fwrite() 调用会将指定的字节复制到文件系统缓存中。届时，操作系统将负责确保您的更新迟早（但可能不会立即）写入磁盘上的文件。同时，在 fwrite() 调用返回后，应用程序缓冲区中的字节不再与文件有任何特定关系——它们再次只是 RAM 中的一些字节。我想操作系统可能很智能，可以识别文件内容的冗余，并为此进行优化，但我怀疑任何操作系统实际上都那么智能。
实际上，我想到了一个操作系统（可能）无法进行优化的原因。假设您的场景 A 发生，然后在内存页面被换回之前，其他一些程序修改了磁盘上的文件。然后，当您的程序的内存被换回（从磁盘上的文件）时，它的应用程序内缓冲区将“神奇地”不同于页面被换出时的内存......这将是一个错误。所以操作系统必须以某种方式检测并防止这种情况发生。