寶文理操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)三

1、實(shí)驗(yàn)三：內(nèi)存管理背景知識(shí)：耗盡內(nèi)存是Windows 2000系統(tǒng)中最常見(jiàn)的問(wèn)題之一。當(dāng)系統(tǒng)耗盡內(nèi)存時(shí)，所有進(jìn)程對(duì)內(nèi)存的總需求超出了系統(tǒng)的物理內(nèi)存總量。隨后，Windows 2000必須借助它的虛擬內(nèi)存來(lái)維持系統(tǒng)和進(jìn)程的運(yùn)行。虛擬內(nèi)存機(jī)制是Windows 2000操作系統(tǒng)的重要組成部分，但它的速度比物理內(nèi)存慢得多，因此，應(yīng)該盡量避免耗盡物理內(nèi)存資源，以免導(dǎo)致性能下降。解決內(nèi)存不足問(wèn)題的一個(gè)有效的方法就是添加更多的內(nèi)存。但是，一旦提供了更多的內(nèi)存，Windows 2000很可以會(huì)立即“吞食”。而事實(shí)上，添加更多的內(nèi)存并非總是可行的，也可能只是推遲了實(shí)際問(wèn)題的發(fā)生。因此，應(yīng)該相信，優(yōu)化所擁有的內(nèi)存是

2、非常關(guān)鍵的。1. 分頁(yè)過(guò)程當(dāng)Windows 2000求助于硬盤以獲得虛擬內(nèi)存時(shí)，這個(gè)過(guò)程被稱為分頁(yè) (paging) 。分頁(yè)就是將信息從主內(nèi)存移動(dòng)到磁盤進(jìn)行臨時(shí)存儲(chǔ)的過(guò)程。應(yīng)用程序?qū)⑽锢韮?nèi)存和虛擬內(nèi)存視為一個(gè)獨(dú)立的實(shí)體，甚至不知道Windows 2000使用了兩種內(nèi)存方案，而認(rèn)為系統(tǒng)擁有比實(shí)際內(nèi)存更多的內(nèi)存。例如，系統(tǒng)的內(nèi)存數(shù)量可能只有16MB，但每一個(gè)應(yīng)用程序仍然認(rèn)為有4GB內(nèi)存可供使用。使用分頁(yè)方案帶來(lái)了很多好處，不過(guò)這是有代價(jià)的。當(dāng)進(jìn)程需要已經(jīng)交換到硬盤上的代碼或數(shù)據(jù)時(shí)，系統(tǒng)要將數(shù)據(jù)送回物理內(nèi)存，并在必要時(shí)將其他信息傳輸?shù)接脖P上，而硬盤與物理內(nèi)存在性能上的差異極大。例如，硬盤的訪問(wèn)時(shí)間通

3、常大約為4-10毫秒，而物理內(nèi)存的訪問(wèn)時(shí)間為60 us，甚至更快。2. 內(nèi)存共享應(yīng)用程序經(jīng)常需要彼此通信和共享信息。為了提供這種能力，Windows 2000必須允許訪問(wèn)某些內(nèi)存空間而不危及它和其他應(yīng)用程序的安全性和完整性。從性能的角度來(lái)看，共享內(nèi)存的能力大大減少了應(yīng)用程序使用的內(nèi)存數(shù)量。運(yùn)行一個(gè)應(yīng)用程序的多個(gè)副本時(shí)，每一個(gè)實(shí)例都可以使用相同的代碼和數(shù)據(jù)，這意味著不必維護(hù)所加載應(yīng)用程序代碼的單獨(dú)副本并使用相同的內(nèi)存資源。無(wú)論正在運(yùn)行多少個(gè)應(yīng)用程序?qū)嵗?，充分支持?yīng)用程序代碼所需求的內(nèi)存數(shù)量都相對(duì)保持不變。3. 未分頁(yè)合并內(nèi)存與分頁(yè)合并內(nèi)存Windows 2000決定了系統(tǒng)內(nèi)存組件哪些可以以及哪些

4、不可以交換到磁盤上。顯然，不應(yīng)該將某些代碼 (例如內(nèi)核) 交換出主內(nèi)存。因此，Windows 2000將系統(tǒng)使用的內(nèi)存進(jìn)一步劃分為未分頁(yè)合并內(nèi)存和分頁(yè)合并內(nèi)存。分頁(yè)合并內(nèi)存是存儲(chǔ)遲早需要的可分頁(yè)代碼或數(shù)據(jù)的內(nèi)存部分。雖然可以將分頁(yè)合并內(nèi)存中的任何系統(tǒng)進(jìn)程交換到磁盤上，但是它臨時(shí)存儲(chǔ)在主內(nèi)存的這一部分，以防系統(tǒng)立刻需要它。在將系統(tǒng)進(jìn)程交換到磁盤上之前，Windows 2000會(huì)交換其他進(jìn)程。未分頁(yè)合并內(nèi)存包含必須駐留在內(nèi)存中的占用代碼或數(shù)據(jù)。這種結(jié)構(gòu)類似于早期的MS-DOS程序使用的結(jié)構(gòu)，在MS-DOS中，相對(duì)較小的終止并駐留程序 (Terminate and Stay Resident，TSR

5、) 在啟動(dòng)時(shí)加載到內(nèi)存中。這些程序在系統(tǒng)重新啟動(dòng)或關(guān)閉之前一直駐留在內(nèi)存的特定部分中。例如，防病毒程序?qū)⒓虞d為TSR程序，以預(yù)防可能的病毒襲擊。未分頁(yè)合并內(nèi)存中包含的進(jìn)程保留在主內(nèi)存中，并且不能交換到磁盤上。物理內(nèi)存的這個(gè)部分用于內(nèi)核模式操作（例如，驅(qū)動(dòng)程序）和必須保留在主內(nèi)存中才能有效工作的其他進(jìn)程。沒(méi)有主內(nèi)存的這個(gè)部分，內(nèi)核組件就將是可分頁(yè)的，系統(tǒng)本身就有變得不穩(wěn)定的危險(xiǎn)。分配到未分頁(yè)內(nèi)存池的主內(nèi)存數(shù)量取決于服務(wù)器擁有的物理內(nèi)存數(shù)量以及進(jìn)程對(duì)系統(tǒng)上的內(nèi)存地空間的需求。不過(guò)，Windows 2000將未分頁(yè)合并內(nèi)存限制為256MB (在Windows NT 4中的限制為128MB) 。根據(jù)系

6、統(tǒng)中的物理內(nèi)存數(shù)量，復(fù)雜的算法在啟動(dòng)時(shí)動(dòng)態(tài)確定Windows 2000系統(tǒng)上的未分頁(yè)合并內(nèi)存的最大數(shù)量。Windows 2000內(nèi)部的這一自我調(diào)節(jié)機(jī)制可以根據(jù)當(dāng)前的內(nèi)存配置自動(dòng)調(diào)整大小。例如，如果增加或減少系統(tǒng)中的內(nèi)存數(shù)量，那么Windows2000將自動(dòng)調(diào)整未分頁(yè)合并內(nèi)存的大小，以反映這一更改。4. 提高分頁(yè)性能只有一個(gè)物理硬盤驅(qū)動(dòng)器的系統(tǒng)限制了優(yōu)化分頁(yè)性能的能力。驅(qū)動(dòng)器必須處理系統(tǒng)和應(yīng)用程序的請(qǐng)求以及對(duì)分頁(yè)文件的訪問(wèn)。雖然物理驅(qū)動(dòng)器可能有多個(gè)分區(qū)，但是將分頁(yè)文件分布到多個(gè)分區(qū)的分頁(yè)文件并不能提高硬盤驅(qū)動(dòng)器的能力。只有當(dāng)一個(gè)分區(qū)沒(méi)有足夠的空間來(lái)包含整個(gè)分頁(yè)文件時(shí)，才將分頁(yè)文件放在同一個(gè)硬盤的

7、多個(gè)分區(qū)上。擁有多個(gè)物理驅(qū)動(dòng)器的服務(wù)器可以使用多個(gè)分頁(yè)文件來(lái)提高分頁(yè)性能。關(guān)鍵是將分頁(yè)請(qǐng)求的負(fù)載分布到多個(gè)物理硬盤上。實(shí)際上，使用獨(dú)立物理驅(qū)動(dòng)器上的分頁(yè)文件，系統(tǒng)可以同時(shí)處理多個(gè)分頁(yè)請(qǐng)求。各個(gè)物理驅(qū)動(dòng)器可以同時(shí)訪問(wèn)它自己的分頁(yè)文件并寫(xiě)入信息，這將增加可以傳輸?shù)男畔⒘俊６鄠€(gè)分頁(yè)文件的最佳配置是將各個(gè)分頁(yè)文件放在擁有自己的控制器的獨(dú)立驅(qū)動(dòng)器上。不過(guò)，由于額外的費(fèi)用并且系統(tǒng)上的可用中斷很有限，因此對(duì)于大多數(shù)基于服務(wù)器的配置來(lái)說(shuō)，這可能是不切實(shí)際的解決方案。分頁(yè)文件最重要的配置參數(shù)是大小。無(wú)論系統(tǒng)中有多少個(gè)分頁(yè)文件，如果它們的大小不合適，那么系統(tǒng)就可能遇到性能問(wèn)題。如果初始值太小，那么系統(tǒng)可能必須擴(kuò)大

8、分頁(yè)文件，以補(bǔ)償額外的分頁(yè)活動(dòng)。當(dāng)系統(tǒng)臨時(shí)增加分頁(yè)文件時(shí)，它必須在處理分頁(yè)請(qǐng)求的同時(shí)創(chuàng)建新的空間。這時(shí)，系統(tǒng)將出現(xiàn)大量的頁(yè)面錯(cuò)誤，甚至可能出現(xiàn)系統(tǒng)失效。當(dāng)系統(tǒng)必須在進(jìn)程的工作區(qū)外部 (在物理內(nèi)存或分頁(yè)文件中的其他位置) 查找信息時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)頁(yè)面錯(cuò)誤。當(dāng)系統(tǒng)缺乏存儲(chǔ)資源 (物理內(nèi)存及虛擬內(nèi)存) 來(lái)滿足使用需求，從而遇到過(guò)多的分頁(yè)時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)系統(tǒng)失效。系統(tǒng)將花更多的時(shí)間來(lái)分頁(yè)而不是執(zhí)行應(yīng)用程序。當(dāng)系統(tǒng)失效時(shí)，Memory：Pages/see計(jì)數(shù)器將持續(xù)高于每秒100頁(yè)。系統(tǒng)失效嚴(yán)重降低了系統(tǒng)的性能。此外，動(dòng)態(tài)擴(kuò)展分頁(yè)文件將導(dǎo)致碎片化。分頁(yè)文件將散布在整個(gè)磁盤上而不是在啟動(dòng)時(shí)的連續(xù)空間中創(chuàng)建，從而增

9、加了系統(tǒng)的開(kāi)銷，并導(dǎo)致系統(tǒng)性能降低。因此，應(yīng)該盡量避免系統(tǒng)增加分頁(yè)文件的大小。實(shí)驗(yàn)類型：驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)?zāi)康模和ㄟ^(guò)對(duì)Windows 2000“任務(wù)管理器”、“計(jì)算機(jī)管理”、“我的電腦”屬性、“系統(tǒng)信息”、“系統(tǒng)監(jiān)視器”等程序的應(yīng)用，學(xué)習(xí)提高Windows內(nèi)存的性能，加深理解Windows操作系統(tǒng)的內(nèi)存管理功能，理解操作系統(tǒng)存儲(chǔ)管理、虛擬存儲(chǔ)管理的知識(shí)。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：1 查看應(yīng)用程序的內(nèi)存需求2 未分頁(yè)合并內(nèi)存3 提高分頁(yè)性能4 計(jì)算分頁(yè)文件的大小5 使用任務(wù)管理器實(shí)驗(yàn)步驟：判斷和維護(hù)Windows 2000的內(nèi)存性能有許多方法。步驟1：閱讀“背景知識(shí)”，請(qǐng)回答：1) 什么是“分頁(yè)過(guò)程”？_分頁(yè)就是將信息

10、從主內(nèi)存移動(dòng)到磁盤進(jìn)行臨時(shí)存儲(chǔ)的過(guò)程。2) 什么是“內(nèi)存共享”？_應(yīng)用程序經(jīng)常需要彼此通信和共享信息。為了提供這種能力，Windows 2000必須允許訪問(wèn)某些內(nèi)存空間而不危及它和其他應(yīng)用程序的安全性和完整性。從性能的角度來(lái)看，共享內(nèi)存的能力大大減少了應(yīng)用程序使用的內(nèi)存數(shù)量。3) 什么是“未分頁(yè)合并內(nèi)存”和“分頁(yè)合并內(nèi)存”？Windows 2000中，未分頁(yè)合并內(nèi)存的最大限制是多少？_未分頁(yè)合并內(nèi)存包含必須駐留在內(nèi)存中的占用代碼或數(shù)據(jù)；分頁(yè)合并內(nèi)存是存儲(chǔ)遲早需要的可分頁(yè)代碼或數(shù)據(jù)的內(nèi)存部分；Windows 2000將未分頁(yè)合并內(nèi)存限制為256MB。4) Windows 2000分頁(yè)文件默認(rèn)設(shè)置

11、的最小容量和最大容量是多少？_根據(jù)系統(tǒng)中的物理內(nèi)存數(shù)量，復(fù)雜的算法在啟動(dòng)時(shí)動(dòng)態(tài)確定Windows 2000系統(tǒng)上的未分頁(yè)合并內(nèi)存的最大數(shù)量。Windows 2000內(nèi)部的這一自我調(diào)節(jié)機(jī)制可以根據(jù)當(dāng)前的內(nèi)存配置自動(dòng)調(diào)整大小。步驟2：登錄進(jìn)入Windows 2000 Professional。步驟3：查看包含多個(gè)實(shí)例的應(yīng)用程序的內(nèi)存需求。1) 啟動(dòng)想要監(jiān)視的應(yīng)用程序，例如Word。2) 右鍵單擊任務(wù)欄以啟動(dòng)“任務(wù)管理器”。3) 在“Windows任務(wù)管理器”對(duì)話框中選定“進(jìn)程”選項(xiàng)卡。4) 向下滾動(dòng)在系統(tǒng)上運(yùn)行的進(jìn)程列表，查找想要監(jiān)視的應(yīng)用程序。請(qǐng)?jiān)诒?-1中記錄：表5-1 實(shí)驗(yàn)記錄映像名稱PID

12、CPUCPU時(shí)間內(nèi)存使用“內(nèi)存使用”列顯示了該應(yīng)用程序的一個(gè)實(shí)例正在使用的內(nèi)存數(shù)量。5) 啟動(dòng)應(yīng)用程序的另一個(gè)實(shí)例并觀察它的內(nèi)存需求。請(qǐng)描述使用第二個(gè)實(shí)例占用的內(nèi)存與使用第一個(gè)實(shí)例時(shí)的內(nèi)存對(duì)比情況：_步驟4：未分頁(yè)合并內(nèi)存。估算未分頁(yè)合并內(nèi)存大小的最簡(jiǎn)單方法是使用“任務(wù)管理器”。未分頁(yè)合并內(nèi)存的估計(jì)值顯示在“任務(wù)管理器”的“性能”選項(xiàng)卡的“核心內(nèi)存”部分。總數(shù) (K) ：_分頁(yè)數(shù)：_未分頁(yè) (K) ：_還可以使用“任務(wù)管理器”查看一個(gè)獨(dú)立進(jìn)程正在使用的未分頁(yè)合并內(nèi)存數(shù)量和分頁(yè)合并內(nèi)存數(shù)量。操作步驟如下：1) 單擊“Windows任務(wù)管理器”的“進(jìn)程”選項(xiàng)卡，然后從“查看”菜單中選擇“選擇列”命

13、令，顯示“進(jìn)程”選項(xiàng)卡的可查看選項(xiàng)。2) 在“選擇列”對(duì)話框中，選定“頁(yè)面緩沖池”選項(xiàng)和“非頁(yè)面緩沖池”選項(xiàng)旁邊的復(fù)選框，然后單擊“確定”按鈕。返回Windows 2000“任務(wù)管理器”的“進(jìn)程”選項(xiàng)卡時(shí)，將看到其中增加顯示了各個(gè)進(jìn)程占用的分頁(yè)合并內(nèi)存數(shù)量和未分頁(yè)合并內(nèi)存數(shù)量。仍以剛才打開(kāi)觀察的應(yīng)用程序 (例如Word) 為例，請(qǐng)?jiān)诒?-2中記錄：表5-2 實(shí)驗(yàn)記錄映像名稱PID內(nèi)存使用頁(yè)面緩沖池非頁(yè)面緩沖池從性能的角度來(lái)看，未分頁(yè)合并內(nèi)存越多，可以加載到這個(gè)空間的數(shù)據(jù)就越多。擁有的物理內(nèi)存越多，未分頁(yè)合并內(nèi)存就越多。但未分頁(yè)合并內(nèi)存被限制為256MB，因此添加超出這個(gè)限制的內(nèi)存對(duì)未分頁(yè)合并內(nèi)

14、存沒(méi)有影響。步驟5：提高分頁(yè)性能。在Windows 2000的安裝過(guò)程中，將使用連續(xù)的磁盤空間自動(dòng)創(chuàng)建分頁(yè)文件(pagefile.sys) 。用戶可以事先監(jiān)視變化的內(nèi)存需求并正確配置分頁(yè)文件，使得當(dāng)系統(tǒng)必須借助于分頁(yè)時(shí)的性能達(dá)到最高。雖然分頁(yè)文件一般都放在系統(tǒng)分區(qū)的根目錄下面，但這并不總是該文件的最佳位置。要想從分頁(yè)獲得最佳性能，應(yīng)該首先檢查系統(tǒng)的磁盤子系統(tǒng)的配置，以了解它是否有多個(gè)物理硬盤驅(qū)動(dòng)器。1) 在“開(kāi)始”菜單中單擊“設(shè)置” “控制面板”命令，雙擊“管理工具”圖標(biāo)，再雙擊“計(jì)算機(jī)管理”圖標(biāo)。2) 在“計(jì)算機(jī)管理”窗口的左格選擇“磁盤管理”管理單元來(lái)查看系統(tǒng)的磁盤配置。請(qǐng)?jiān)诒?-3中記錄

15、：表5-3 實(shí)驗(yàn)記錄卷布局類型文件系統(tǒng)容量狀態(tài)如果系統(tǒng)只有一個(gè)硬盤，那么建議應(yīng)該盡可能為系統(tǒng)配置額外的驅(qū)動(dòng)器。這是因?yàn)椋篧indows 2000最多可以支持在多個(gè)驅(qū)動(dòng)器上分布的16個(gè)獨(dú)立的分頁(yè)文件。為系統(tǒng)配置多個(gè)分頁(yè)文件可以實(shí)現(xiàn)對(duì)不同磁盤I/O請(qǐng)求的并行處理，這將大大提高I/O請(qǐng)求的分頁(yè)文件性能。步驟6：計(jì)算分頁(yè)文件的大小。要想更改分頁(yè)文件的位置或大小配置參數(shù)，可按以下步驟進(jìn)行：1) 右鍵單擊桌面上的“我的電腦”圖標(biāo)并選定“屬性”。2) 在“高級(jí)”選項(xiàng)卡上單擊“性能選項(xiàng)”按鈕。3) 單擊對(duì)話框中的“虛擬內(nèi)存”區(qū)域中的“更改”按鈕。請(qǐng)記錄：所選驅(qū)動(dòng)器 (C: ) 的頁(yè)面文件大?。候?qū)動(dòng)器：_可用空

16、間：_ MB初始大小 (MB) ：_最大值 (MB) ：_所選驅(qū)動(dòng)器 (D: ) 的頁(yè)面文件大?。?如果有的話)驅(qū)動(dòng)器：_可用空間：_ MB初始大小 (MB) ：_最大值 (MB) ：_所有驅(qū)動(dòng)器頁(yè)面文件大小的總數(shù)：允許的最小值：_ MB推薦：_ MB當(dāng)前已分配：_ MB4) 要想將另一個(gè)分頁(yè)文件添加到現(xiàn)有配置，在“虛擬內(nèi)存”對(duì)話框中選定一個(gè)還沒(méi)有分頁(yè)文件的驅(qū)動(dòng)器，然后指定分頁(yè)文件的初始值和最大值 (以兆字節(jié)表示) ，單擊“設(shè)置”，然后單擊“確定”。5) 要想更改現(xiàn)有分頁(yè)文件的最大值和最小值，可選定分頁(yè)文件所在的驅(qū)動(dòng)器。然后指定分頁(yè)文件的初始值和最大值，單擊“設(shè)置”按鈕，然后單擊“確定”按鈕。

17、6) 在“性能選項(xiàng)”對(duì)話框中單擊“確定”按鈕。7) 單擊“確定”按鈕以關(guān)閉“系統(tǒng)特性”對(duì)話框。步驟7：使用任務(wù)管理器?？梢允褂谩叭蝿?wù)管理器”來(lái)簡(jiǎn)單地檢查分頁(yè)文件是否配置了正確容量。這樣可以實(shí)時(shí)提供系統(tǒng)正在使用分頁(yè)文件的方式以及其他重要系統(tǒng)信息的準(zhǔn)確描述。通過(guò)右鍵單擊任務(wù)欄運(yùn)行“任務(wù)管理器”，選定“性能”選項(xiàng)卡查看實(shí)時(shí)的系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。與分頁(yè)文件大小最有關(guān)的信息位于“認(rèn)可用量”區(qū)域。這一區(qū)域顯示了認(rèn)可“峰值”是否達(dá)到或超過(guò)了認(rèn)可“限制”，以及它是否超過(guò)了系統(tǒng)上的物理內(nèi)存數(shù)量。認(rèn)可“峰值”是指系統(tǒng)迄今為止向進(jìn)程分配的最大物理內(nèi)存和虛擬內(nèi)存數(shù)量。請(qǐng)記錄：物理內(nèi)存 (K)總數(shù)：_可用數(shù)：_系統(tǒng)緩存：_認(rèn)可用量 (K)總數(shù)：_限