[發明專利]實時調頁的計算裝置及操作方法

有效

• 申請號: 200680006899.1
• 申請日: 2006-03-01
• 公開（公告）號: CN101133395A
• 公開（公告）日: 2008-02-27
• 發明（設計）人: 安德魯·特爾克;丹尼斯·梅
• 申請（專利權）人: 西姆畢恩軟件有限公司
• 主分類號: G06F9/46
• 分類號: G06F9/46;G06F12/12
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司
• 代理人: 余剛;尚志峰

本發明涉及一種計算裝置，更具體地，涉及操作計算裝置的方法，其能夠實現客戶端-服務器的實時執行以及其他在該裝置中的進程之間的通信。

本文所用的術語“計算裝置”將被擴展性地理解為覆蓋任何形式的電計算裝置并且包括：數據記錄裝置、任意類型或形式的計算機(包括手持和個人計算機，例如個人數字助理(PDA))、任何形狀因子的通信裝置(包括：移動電話，智能電話，將通信、圖像記錄和/或重放、以及計算功能結合到單個裝置中的通信器)、以及其他形式的無線和有線信息裝置(包括數字照相機、MP3和其他音樂播放器、以及數字收音機)。

計算裝置中存在存儲器類型的分級；通常，存儲器越快，則它越昂貴。計算機科學家和軟件工程師已經開發了許多有效利用這些裝置中的各種類型的存儲器的技術。本領域中的一種主要實例被稱為調頁(paging)。

調頁的最常用形式之一是“按需調頁(demand?paging)”，下面對其進行更詳細描述，但是其他調頁算法(例如預調頁)也是可能的。應該理解，適當情況下，本發明也可以使用其他這些調頁算法。

當代計算裝置能夠尋址或引用大量虛擬存儲器：遠遠超過它們實際以快速RAM(隨機存取存儲器)形式所物理安裝的存儲器。為了易于管理，該存儲器通常被分成固定大小的塊，通常稱作頁；例如，4K(4096字節)及其各種倍數是通常的頁大小。只有一定數量的這些頁(準確數字取決于該裝置的制造者已選擇提供多少存儲空間)能夠被容納在初級RAM中，所用頁的剩余部分被存儲在某些類型的較慢且廉價的次級存儲器(例如硬盤驅動器(HDD))中。

所有使用中的可尋址的存儲單元的總和被稱作“虛擬存儲器”，并且計算裝置包含虛擬存儲頁面到物理存儲頁面的映射。這些映射被稱作頁表，并且，通常這些頁表由硬件實現的存儲器管理單元(MMU)來維護。

對于按需調頁，如果試圖引用未保留在RAM中的存儲器頁面中的地址，則MMU導致頁錯誤發生。在這種情況下，該裝置臨時暫停處理，同時相關的存儲塊被“頁面調入”到RAM。該過程涉及從較慢和較廉價的存儲器(通常為HDD)將所要求的頁面復制到RAM中并且適當地更新MMU中的頁表。

當計算裝置已經運行了某些時間時，將會沒有可將頁面復制到其中的空閑存儲器，因為計算裝置中可用的所有物理RAM都將在使用過程中。當這種情況發生時，在所要求的存儲塊可被頁面調入之前，需要通過使用反向處理進程(本領域中公知的頁面調出過程(paging?out))來釋放頁面將被復制到其中的RAM部分，頁面調出通常涉及從RAM將頁面復制回硬盤，或復制到可用的任何類型的較慢和較廉價的次級存儲器，并且更新MMU中的頁表。

關于存儲器中哪塊應該被頁面調出的決策通常是一個復雜的決策；一些簡單的算法是頁面調出近來最少用的(LRU)或最不常用的(LFU)存儲塊。

由此可見，在頁面因已被頁面調入而未改變的情況下，就不需要執行復制步驟。未改變的頁面被稱作“干凈”頁面，而改變的頁面被稱作“臟”頁面；對于MMU來說，通過與物理存儲器的每頁相關的標志來記住頁面是干凈的還是臟的是很正常的。

當應用于在相對受限容量電池源上進行操作的移動計算裝置時，調頁過程存在進一步的優點。存儲器調頁通常能夠大大延長電池壽命。在空閑時保持大多數類型的次級存儲器(例如，閃存或小硬盤)上的存儲塊不消耗功率，但是維護易失性動態RAM中的存儲塊確實消耗功率，這是因為動態RAM如果不想丟失其存儲的內容的話，需要被持續刷新。

從以上描述中看得很清楚，在相對意義上，將存儲器頁面調入到動態存儲器中和將存儲器頁面調出動態存儲器的進程會占用相當長時間。除了操縱頁表以及計算出初級RAM中哪塊需要被頁面調出的必要性以外，關鍵因素是頁面調入總要求相當數量的存儲從較慢的次級存儲器中被讀取。更經常地，頁也需要被寫入到慢速的次級存儲器。舉例來說，如果正被頁面調出的存儲器被標記為臟的，則這就是必要的。

對于總的計算裝置操作的時間選擇(timing)負擔是絕對不可避免的；如果在初級和次級存儲器之間沒有速度差，則裝置內將沒有存儲器的分級，并且將不要求調頁。