磁盘与内存的亲密关系 -磁盘缓存和虚拟内存

内存和磁盘的亲密关系

1.前提

内存与磁盘都是存储部件，内存利用电流来存储、磁盘利用磁效应来存储。内存高速高价，磁盘低速廉价。

存储在磁盘中的程序必须先加载到内存中才能运行。这是因为cpu需要程序计数器指定内存地址，然后才能读出程序来运行。即使可以从磁盘中读取，程序的运行速度还是会降低。

2.磁盘缓存

磁盘缓存指把磁盘中的数据读出并存储在内存中，这样下次再要读取相同的数据时，只需到磁盘缓存中读取，提升了磁盘数据的访问速度。

windows操作系统中就提供了磁盘缓存机制，但随着硬盘访问速度的提高，磁盘缓存效果也没之前明显。

但把低速设备的数据保存在高速设备中，需要时直接从高速设备读取，这种缓存机制在其他情况下也会用到;比如cache高速缓冲存储器、标准I/O的缓冲区等。

3.虚拟内存

虚拟内存指把磁盘的一部分当做假想的内存来使用。借助虚拟内存，在内存不足时也可以运行程序;

cpu只能运行加载到内存中的程序，所以为了实现虚拟内存，就必须将实际内存的内容和磁盘上虚拟内存的内容进行置换。就相当于流水线，一边运行一边从磁盘向内存加载程序。

windows操作系统中就提供了虚拟内存机制。虚拟内存方法有分页式和分段式，而windows使用的是分页式。指不考虑程序构造，将程序按一定大小的页(page)进行分割，并以页为单位与磁盘置换； windows计算机一般的页大小是4KB。

page in : 磁盘到内存
page out : 内存到磁盘

windows在磁盘上提供了虚拟内存用的文件( page file)，文件大小就是虚拟内存大小，一般为实际内存的一倍到两倍。

4.节约内存的编程方法

虚拟内存虽然可以一定程度解决内存不足的情況，但 page in和 page out也会让运行程序变慢;要想从根本上解决内存不足问題，要不增加内存容量，要不尽量将运行文件变小;

1)通过DLL文件实现函数共有

多个应用共有一个DLL文件，这样就可以节约内存。 windows其实也是多个DLL文件的集合体。

2)调用_ stdcall来减小程序文件大小

c语言中，在调用函数后，会执行栈清理处理指令，将不需要的数据从函数传参时用到的栈区中清理出去。

该命令是编译器自动加到程序中的，默认加到函数调用方。比如在main函数中调用其它函数，就会加到main函数方。但是，如果main函数中调了同一个函数多次，就会处理多次，造成内存浪费。

在函数前加_ stdcall，可以把栈处理变成在被调函数一方进行。

5.磁盘的物理结构

磁盘将物理表面划分成多个空间来使用，有扇区方式和可变长方式，一般windows计算机的硬盘和软盘都是扇区方式。

扇区是对磁盘进行物理读写的最小单位，windows中1个扇区是512字节。不过在软件方面对磁盘读写的单位是簇，簇是扇区的整数倍。不同文件不能存在同一簇中，所以一个文件就算再小也占一个簇，没被填满的区域会保持不被使用的状态。

6.说明

本文为《程序是怎样跑起来的》读书笔记，如有错误，请兄弟们指正，大家一起进步！

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