1、虚拟内存

虚拟内存的目的是为了让物理内存扩充成更大的逻辑内存，从而让程序获得更多的可用内存

为了更好的管理内存，操作系统将内存抽象成地址空间。每个程序拥有自己的地址空间，这个地址空间被分割成多个块，每一块称之为一页。这些页被映射到物理内存，但不需要映射到连续的物理内存，也许不需要所有页都必须在物理内存中。当程序引用到不在物理内存中的页时，由硬件执行必要的映射，将缺失的部分装入物理内存并重新执行失败的指令。
从上面的描述中可以看出，虚拟内存允许程序不用将地址空间中的每一页都映射到物理内存，也就是说一个程序不需要全部调入内存就可以运行，这使得有限的内存运行大程序成为可能。
例如有一台计算机可以产生16位地址，那么一个程序的地址空间范围时0-64k。该计算机只有32kb的物理内存，虚拟内存技术允许该计算机运行一个64k大小的程序。

2、分页系统地址映射

内存管理单元（MMU）管理着地址空间和物理内存的转换，其中的页表（Page Table）存储着页（程序地址空间）和页框（物理内存空间）的映射表。
一个虚拟地址分为两部分，一部分存储页面号，一部分存储偏移量。
下图的页表存放着16个页，这16个页需要用4个bit位来进行索引定位，例如对于虚拟地址（0010000000000100），前4位时存储页面2，读取表项内容为（1101），页表项最后一位表示是否存在于内存中，1表示在。后12位存储偏移量。这个页对应的页框地址位（1100000000000100）

在程序运行的过程中，如果要访问的页面不在内存中，就发生缺页中断从而将该页调入内存中。此时如果内存已无空闲空间，系统必须从内存中调用一个页面到磁盘对换区中来腾出空间。
页面置换算法和缓存淘汰策略类似，可以将内存看成磁盘的缓存。在缓存系统中，缓存的大小有限，当有新的缓存到达时，需要淘汰一部分已经存在的缓存，这样才有空间存放新的缓存数据。
页面置换算法的主要目标时使页面置换频率最低（也可以说缺页率最低）。

OPT Optimal replacement algorithm

7，0，1，2，0，3，0，4，2，3，0，3，2，1，2，0，1，7，0，1

开始运行时，先将7，0，1三个页面装入内存。当进程要访问页面2时，产生缺页中断，会将7换出，因为页面7再次被访问的时间最长。

LRU，Least Recently Used

4，7，0，7，1，0，1，2，1，2，6

NRU，Not Recently Used

每个页面都有两个状态位：R与M，当页面被访问时设置页面的R=1，当页面被修改时M=1.其中R位会定时被清0，可以将页面分成一下4类
- R=0 , M=0
- R=0 , M=1
- R=1 , M=0
- R=1 , M=0
当发生缺页中断时，NRU算法随机地从类编号最小的非空类中挑选一个页面将他换出
NRU 有限换出已经被修改的脏页面（R=0 ， M=1），而不是被频繁使用的干净页面（R=1 ， M=0）

FIFO first in first out

FIFO算法可能会把经常使用的页面置换出去，为了避免这一问题，对该算法做一个简单的修改：

Clock 第二次机会算法需要在链表中移动页面，降低了效率。时钟算法使用环形链表将页面链接起来，再使用一个指针指向最老的页面。

程序的地址空间划分成多个拥有独立地址空间的段，每个段上的地址空间划分成大小相同的页。这样既拥有分段系统的共享和保护，又拥有分页系统的虚拟内存功能。