操作系统 内存交换

交换是一种内存管理方案，在其中，任何进程都可以临时从主内存交换到辅助内存，以便将主内存用于其他进程。它用于改善主存利用率。在辅助内存中，存储交换出的进程的位置被称为交换空间。

操作系统中的交换的目的是访问硬盘中的数据并将其加载到RAM中，以便应用程序可以使用它。需要记住的是，只有当数据不在RAM中时才会使用交换。

尽管交换的过程会影响系统的性能，但它有助于运行更大和多个进程。这就是为什么交换也称为内存压缩的原因。

交换的概念分为两个更多的概念：交换进和交换出。

• 交换出是一种将进程从RAM中移除并添加到硬盘的方法。
• 交换进是一种将程序从硬盘中移除并放回主存或RAM的方法。

示例： 假设用户进程的大小为2048KB，并且是标准硬盘，其中交换具有数据传输速率为1Mbps。现在我们将计算从主内存传输到辅助内存需要多长时间。

User process size is 2048Kb
Data transfer rate is 1Mbps = 1024 kbps
Time = process size / transfer rate
     = 2048 / 1024
     = 2 seconds
     = 2000 milliseconds
Now taking swap-in and swap-out time, the process will take 4000 milliseconds. 

交换的优势

1. 它帮助CPU在单个主存储器中管理多个进程。
2. 它帮助创建和使用虚拟内存。
3. 交换允许CPU同时执行多个任务。因此，进程在执行之前不必等待太长时间。
4. 它提高了主存储器的利用率。

交换的劣势

1. 如果计算机系统断电，用户可能会丢失与大量交换活动相关的所有信息。
2. 如果交换算法不好，综合方法可以增加缺页错误的数量并降低整体处理性能。

   注意：

• 在单任务操作系统中，只有一个进程占用用户程序的内存区域，并且在进程完成之前一直驻留在内存中。
• 在多任务操作系统中，当所有活动进程无法在主存储器中协调时，就会出现一种情况，此时需要将一个进程从主存储器中交换出去，以便其他进程可以进入。