缺頁中斷

ponder776發表於2024-06-24

缺頁中斷(Page Fault Interrupt)是計算機作業系統中的一種中斷型別,它發生在程式試圖訪問主儲存器(通常是 RAM)中不存在的頁面時。這種情況通常發生在以下情況:

  1. 程式首次訪問某個資料:當程式執行並訪問到一個尚未載入到實體記憶體中的頁面時,會觸發缺頁中斷。

  2. 頁面置換:在記憶體受限的情況下,作業系統可能會將一些不常用的頁面置換到磁碟上的交換空間(swap space)或頁面檔案中。當程式再次訪問這些頁面時,由於它們不在實體記憶體中,會觸發缺頁中斷。

  3. 記憶體保護:作業系統使用缺頁中斷來實現記憶體保護機制,確保程式不能訪問不屬於它們的記憶體區域。

當缺頁中斷髮生時,作業系統會執行以下步驟:

  • 識別中斷原因:作業系統檢查中斷的原因,確定是哪個頁面缺失。

  • 頁面置換演算法:如果需要,作業系統會使用頁面置換演算法選擇一個頁面來替換,通常是最不常用的頁面。

  • 資料載入:作業系統從磁碟或其他儲存介質中載入所需的頁面到實體記憶體中。

  • 更新頁表:作業系統更新頁表,將新的頁面幀號對映到請求的虛擬地址。

  • 重新執行指令:一旦頁面被載入,作業系統會重新執行導致缺頁中斷的指令。

缺頁中斷是虛擬記憶體管理的關鍵組成部分,它允許作業系統有效地管理有限的實體記憶體資源,透過將資料按需載入到記憶體中來支援更大的程式和資料集。然而,頻繁的缺頁中斷可能會導致效能問題,因為從磁碟載入頁面需要相對較長的時間,這種現象被稱為“抖動”(thrashing)。

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