页错误时会发生什么？

当程序访问当前不在物理内存中的虚拟页时，会发生页错误。硬件会捕获并转移控制权给操作系统，操作系统在后备存储中找到该页，将其加载到空闲或被逐出的帧中，更新页表，然后恢复程序运行，就像什么都没发生过一样。

什么是颠簸（thrashing）？

颠簸是指当活动进程的组合工作集超过物理内存时，性能急剧下降，系统大部分时间都花在将数据分页进出，而不是执行有用的工作。保持工作集驻留或减少负载可以避免颠簸。

虚拟内存为每个程序提供其自身的大型、连续地址空间，硬件和操作系统通过固定大小的页将其映射到物理内存，从而提供隔离、保护以及比实际物理内存更大的内存错觉。

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虚拟内存是一种内存管理技术，它通过页表将程序使用的虚拟地址映射到物理内存地址，将内存划分为固定大小的页，并允许页根据需要驻留在物理内存或后备存储中。

本主题涵盖通过页表进行的地址转换、缓存转换的转换旁路缓冲器（TLB）、页错误和按需分页、页替换和工作集原理，以及虚拟内存提供的保护。它处于计算机体系结构和操作系统的交界处。它不包括分页出数据的文件存储（文件系统）和片上数据缓存（缓存组织和策略），尽管它与两者都有交互。

工作集模型: 工作集是进程在最近一段时间内引用的一组页；将每个活动进程的工作集驻留在物理内存中可以避免颠簸，即过度的分页导致性能崩溃，并为替换和准入决策提供依据。

程序的虚拟地址被分成页号和偏移量。页号索引页表（通常是多级的）以查找物理帧；TLB缓存最近的转换以避免每次访问都遍历页表。如果引用的页不在内存中，页错误会将控制权转移给操作系统，操作系统从后备存储中获取该页，并可能根据由局部性和工作集行为指导的替换策略逐出另一个页。

虚拟内存是现代操作系统的基础：它隔离进程以实现安全性和稳定性，允许多个程序共享物理内存，并允许运行比物理RAM更大的程序。TLB和页错误行为显著影响性能，而地址空间布局是保护和内存安全防御的基础。

虚拟内存起源于20世纪60年代初曼彻斯特的Atlas计算机，引入了分页和页错误机制。Denning在1968年提出的工作集模型对局部性和颠簸（thrashing）进行了原理性阐述。通过TLB和多级页表实现的硬件支持，以及后来的大页等功能，使虚拟内存普及到通用系统中。

页错误时会发生什么？: 当程序访问当前不在物理内存中的虚拟页时，会发生页错误。硬件会捕获并转移控制权给操作系统，操作系统在后备存储中找到该页，将其加载到空闲或被逐出的帧中，更新页表，然后恢复程序运行，就像什么都没发生过一样。
什么是颠簸（thrashing）？: 颠簸是指当活动进程的组合工作集超过物理内存时，性能急剧下降，系统大部分时间都花在将数据分页进出，而不是执行有用的工作。保持工作集驻留或减少负载可以避免颠簸。