TWI396971B - 記憶體對映頁面優先度技術 - Google Patents

Description

記憶體對映頁面優先度技術

本發明係有關於記憶體對映頁面優先度技術。

發明背景

一個類似電腦系統內之硬碟等大容量儲存裝置上面所儲存的資料，可以許多方式來存取。一種傳統式方法，係要使用一些透過作業系統之讀取和寫入系統呼叫。然而，系統呼叫會強加一種在高性能軟體應用程式中通常係無法被接受之相當大的延遲。另一種傳統式方法，係使用記憶體對映式檔案。此係將檔案對映進該軟體應用程式有關之虛擬位址空間內。該檔案接著可使用一個在對應於該記憶體對映式檔案之範圍內的虛擬記憶體位址來存取。該作業系統之虛擬記憶體子系統，當存取檔案時，可在該主要儲存裝置與記憶體之間交換部份檔案。此可有效地使上述部份之檔案，快取儲存進記憶體內，後者在存取上可比典型之大容量儲存裝置更迅速。因此，記憶體對映式檔案係具有數項利益，其中包括避免系統呼叫之前置處理，以及使上述部份之檔案，快取儲存進該記憶體內。

在最新近之電腦系統中，記憶體係被分割成一些稱作頁面之區段。該虛擬記憶體子系統，可在記憶體與該大容量儲存裝置上面之一個頁面檔案間，使頁面交換。若一頁面被一個軟體應用程式存取，以及並不常駐在記憶體內，該虛擬記憶體子系統，便可在有需要時釋放出記憶體內有關該頁面之空間後，自該大容量儲存裝置，將該頁面拷貝至記憶體內。一些依然停留在記憶體內之頁面，隨繼可被快速存取，而不必自該大容量儲存裝置拷貝彼等。該虛擬記憶體子系統，可就上述電腦系統內之所有程序，見到記憶體用量，以及可調整單位程序之記憶體利用率。該虛擬記憶體子系統，可嘗試最佳化何者頁面將保持在記憶體內及何者要被交換離開該大容量儲存裝置，使用一種類似保存最新近使用之頁面及使最近使用最少者交換離開記憶體之一般性演算法。然而，該虛擬記憶體子系統，並不知道未來最可能被使用的為何者頁面，有時將會造成移除高優先度之頁面，以及增加交換動作或不斷反覆。

微軟Windows作業系統，確實提供了VirtualLock/VirtualUnlock系統呼叫，彼等可使一個應用程式，告訴虛擬記憶體管理程式，有一個特定之頁面，不應被交換離開磁碟片。然而，此一解決方案受限之處在於，該應用程式可能僅將頁面分割成一些無法被交換離開之鎖定性頁面和一些可被交換離開之非鎖定性頁面。

發明概要

一種可傳達記憶體對映頁面優先度之方法係包含有：一種軟體應用程式，其可將一個記憶體對映式檔案有關之頁面優先度資訊，儲存至一個電腦可讀取式媒體上面；和一種可讀取該頁面優先度資訊之作業系統。

圖式簡單說明

一些例示性實施例，係顯示在以下所說明之伴隨繪圖中。

第1圖係一個可例示一種範例性記憶體對映頁面優先度系統的方塊圖；第2圖係一個可例示一種用以傳達記憶體對映頁面優先度之範例性運作的流程圖；而第3圖則係一個範例性電腦系統之方塊圖，其中，記憶體對映頁面優先度，係可自一個應用程式，傳達至一個作業系統。

較佳實施例之詳細說明

該等繪圖和說明內容，大體上係揭示一種可傳達記憶體對映頁面優先度給一個作業系統之方法和裝置。一個可開啟一個或多個記憶體對映式檔案之軟體應用程式，係優先化該等記憶體對映式檔案之頁面。該應用程式可將頁面優先度資訊，儲存成一種可供該作業系統存取之資料結構。該作業系統，接著可讀取來自該資料結構之頁面優先度資訊，以及可使頁面交換判定，至少部份基於該應用程式透過上述資料結構所提供之頁面優先度資訊。該應用程式，因而可對該作業系統表示，一個記憶體頁面對映式檔案之何者頁面，係具有高優先度，而應使快取儲存進記憶體內，以及該記憶體頁面對映式檔案之何者頁面，係具有低優先度，而可使交換離開至一個在磁碟片上面之頁面檔案。此將可避免使用系統呼叫來控制記憶體對映式檔案之 頁面交換的大量前置處理與受限之利用率。一個類似電腦硬碟驅動器等大容量儲存裝置上面之記憶體對映式檔案內所儲存的資料，因而可由一個高性能應用程式來存取，而不必重複式系統呼叫之大前置處理或因未最佳化之頁面交換所致的不斷反覆。

有一種範例性記憶體對映頁面優先度系統，例示在第1圖中。一個應用程式10，可在資料結構14中，儲存一個記憶體對映式檔案有關之檔案頁面優先度(FPPS，例如，12)。 一個虛擬記憶體子系統16(或一個作業系統之其他部分)，接著可在其處理該記憶體對映式檔案之快取時，讀取該等頁面優先度。在一個範例性實施例中，就每一個記憶體對映式檔案，係有一個資料結構被建立，亦即，每一個被該應用程式開啟之檔案有關的資料結構。舉例而言，在第1圖內所例示之範例性系統中，該應用程式10，係具有兩個記憶體對映式檔案，故有兩個資料結構14和20被建立。或者，一個資料結構可能包含多重之記憶體對映式檔案甚或多重之應用程式有關的頁面優先度資訊，雖然此或可能會使該資料結構之定址和指標複雜化，以及或可能需要多重之應用程式，來存取同一資料結構。

一個資料結構為之建立的記憶體對映式檔案，可能為上述儲存頁面優先度資訊之應用程式的程式碼的一部分，或可能該應用程式所操控之資料檔案，或可能為任何其他有關該應用程式係具有要傳達給該作業系統之頁面優先度資訊的檔案。

該資料結構14，可能具有任何適當之結構和組態，藉以儲存該等頁面優先度，以及促成該虛擬記憶體子系統16之功能。有多種電腦架構和程式規劃語言，可提供不同類型可被使用之資料結構，諸如陣列、對映圖、等等。該資料結構之尺寸，將正比於該檔案之對映視圖的尺寸，而使每一頁面之檔案資料，有一個頁面優先度值。在一個範例性實施例中，該資料結構14，係由一種單調線性陣列所組成，以及該記憶體對映式檔案內之頁面偏距值，係被用作進入該單調線性陣列內之指標，以便定位其對應之頁面優先度。每一個記憶體對映式檔案，係使用一個基底位址，來定位其之對應頁面優先度陣列。一個頁面偏距值，接著係被用作進入上述單調線性陣列內之指標，以便進出該陣列讀取或寫入上述頁面之優先度。一些範例性陣列元件，係由單一位元組頁面優先度程式碼所組成，不過，此可基於優先化方案依需要而加以調適。

在一個他型實施例中，該資料結構可藉由頁面優先度為查對加以最佳化。舉例而言，該資料結構可藉由頁面數和頁面優先度來定指標。當該虛擬記憶體子系統，需要重新請求記憶體內之一頁面，來載入一個新頁面時，其因而係可單單使用上述最佳化之資料結構，來識別當前常駐在記憶體內之最低優先度的頁面。該資料結構係包含上述記憶體對映式檔案內之所有頁面的頁面優先度，甚至是未常駐在記憶體內之頁面。

該應用程式可以任何適當之方式，來優先化一個記憶體對映式檔案之頁面。舉例而言，該應用程式或可分配一個預定組之優先度中的一個，給每一個頁面，諸如一個在一與五之間的優先度數。或者，該應用程式可藉由遞增及遞減頁面優先度，來分配一些相對性優先度。任何一個頁面優先化方案，係可被用來藉由一個虛擬記憶體子系統，促成一個記憶體對映式檔案有關之快取記憶體管理。

該範例性資料結構，係儲存在系統記憶體內，以及係由該應用程式所擁有並加以處理，不過，其可能為一種被該作業系統分頁出至磁碟片之候選對象。舉例而言，若該應用程式為一種具有儲存在一個記憶體對映式檔案內之資料庫且已長時間無活動的資料庫應用程式，該作業系統可能會使整個資料庫和相關聯之資料結構，分頁出至磁碟片，藉以保留記憶體給其他活動之程序。

該應用程式係擁有對上述範例性資料結構之讀取和寫入存取權，不過，該應用程式可能或可能不需要讀取存取權。該虛擬記憶體子系統，對該範例性頁面優先度資料結構，係具有唯讀之存取權。然而，若該頁面優先化方案，或將得利於來自上述作業系統之回授，該作業系統係可使配備對該頁面優先度資料結構之讀取和寫入存取權，以便與該應用程式傳達頁面優先度。舉例而言，若該應用程式所應用之頁面優先化方案，或將得利於知道何者頁面常駐在記憶體內，該作業系統便可使用上述之資料結構，將此一資訊傳達給該應用程式。

為具現一些用以傳達記憶體對映頁面優先度給一個作業系統之方法和裝置，該應用程式和上述作業系統內之虛擬記憶體子系統兩者，係使用該等頁面優先度資料結構來加以調適。在一個範例性實施例中，該應用程式可產生上述之資料結構，以及可使用一個系統呼叫，來傳達上述資料結構之位置和其他細節，給上述之作業系統。(若未做系統呼叫，上述作業系統之虛擬記憶體子系統，將會以傳統式方式，而在無優先化下，來管理記憶體對映式檔案之快取儲存)。上述被用來識別資料結構之系統呼叫，僅需要被該應用程式執行一次，諸如當一個記憶體對映式檔案被開啟時，以及彼等頁面優先度，隨後可僅藉由存取該資料結構來加以修飾，而無額外系統呼叫之前置處理，以及無該等應用程式與作業系統之間的同步化。該範例性系統呼叫，係一種獨立性系統呼叫，專用來識別一個資料結構，以及可選擇識別該應用程式或其他類似資料結構之組織等細節。或者，一個現有之系統呼叫，可加以修飾而使包含此一資訊，諸如上述被用來開啟記憶體對映式檔案之系統呼叫。該作業系統係調適使接收上述可識別該資料結構之系統呼叫，以及就一個記憶體對映式檔案進出於記憶體而使頁面交換時，存取該資料結構。舉例而言，當該作業系統需要重新請求頁面時，其係被調適來存取該資料結構，藉以識別常駐之最低優先度頁面，接著可將該頁面交換離開記憶體。理應注意的是，此等功能係可由該作業系統中或此作業系統之任何其他部分中的虛擬記憶體子系統來執行。

在該範例性實施例中，該應用程式和該作業系統之虛擬記憶體子系統或其他部分，係在同一電腦系統中被執行，不過，上述用以傳達記憶體映對頁面優先度給一個作業系統之方法和裝置，並非受限於此一組態。

一種用以自一個應用程式使記憶體對映頁面優先度傳達給一個作業系統之範例性運作，係總結於第2圖之流程圖中。一個軟體應用程式，可建立30一個資料結構，其可儲存一個記憶體對映式檔案之頁面有關的優先度資訊。該應用程式可執行32一個系統呼叫，藉以通知上述要在其中儲存記憶體對映式檔案有關之頁面優先度資訊的作業系統。該應用程式可34以上述之資料結構，來儲存上述記憶體對映式檔案有關之頁面優先度資訊。該作業系統可讀取36頁面優先度資訊，並且於上述作業系統內之一個虛擬記憶體子系統，可至少部份基於40該頁面優先度資訊，將該記憶體對映式檔案之頁面從記憶體交換進及交換出。理應注意的是，上述用以傳達記憶體映對頁面優先度之運作，並非受限於此一運作順序。

一個可在其中應用上述用以傳達記憶體映對頁面優先度給一個作業系統之方法和裝置的典型電腦系統，係例示在第3圖之方塊圖中。一個電腦系統70通常係包含有：一個具有快取記憶體74且以一條系統匯流排76連接至一些類似唯讀記憶體(ROM)80等裝置之中央處理器(CPU)72、一個隨機存取記憶體(RAM)82、一個輸入/輸出(I/O)轉接器84、一個通訊轉接器86、一個使用者介面轉接器90、和一個顯示器轉接器92。一些類似硬碟94等資料儲存裝置，係透過該I/O轉接器84，使連接至該電腦系統10。在運作中，該電腦系統70中之CPU 72，可執行ROM 80上面、硬碟94上面、RAM 82內、和該快取記憶體74內以二進位格式儲存之指令，而使其可操控該等RAM 82和快取記憶體74內所儲存之資料，藉以執行一些有用之功能。該電腦系統70，可透過一些連接至上述通訊轉接器86之區域網路或廣域網路(例如，96)，使與其他之電子裝置相通訊。使用者輸入係可透過一些類似鍵盤100和指標裝置102等，而透過上述使用者介面轉接器90連接至該電腦系統70之輸入裝置來加以取得。輸出係顯示在一個類似連接至上述顯示器轉接器92之監視器104等顯示器裝置上面。上述硬碟94上面所儲存之作業系統和應用程式，係由該CPU 72來執行。該應用程式可如上文所說明，將記憶體對映式檔案有關之頁面優先度，傳達給上述之作業系統，以及上述作業系統之虛擬記憶體子系統，可至少部份基於上述作業系統所提供之頁面優先度資訊，使上述記憶體對映式檔案之頁面，在該等硬碟94與RAM 82之間交換。

本說明書業已論及多種電腦可讀取式或可執行式程式碼或電子可執行式指令。此等係可以任何適當之方法來具現，諸如軟體、韌體、硬線接式電子電路、或邏輯閘陣列中之程式規劃、等等。軟體係可以任何程式規劃語言來加以程式規劃，諸如機械語言、組合語言、或類似C或C＋＋等高階語言。該等電腦程式係可加以解譯或編譯。

電腦可讀取式或可執行式程式碼或電子可執行式指令，係可切實具現在任何一種電腦可讀取式儲存媒體上面，或在任何一種供任一指令執行裝置使用或與之配合的電子電路中，諸如通用型處理器、軟體模擬器、應用專屬性電路、由邏輯閘製成之電路、等等，彼等係可存取或可具現及可執行該等程式碼或指令。

本說明書所說明及主張之方法，係可由一些如上文所說明切實具現在任何電腦可讀取式儲存媒體上面或在任何電子電路中之電腦可讀取式或可執行式程式碼或電子可執行式指令的執行來表現。

一個用以切實具現電腦可讀取式或可執行式程式碼或電子可執行式指令之儲存媒體，係包含有任何可儲存、傳輸、互傳、或以任何方式傳播程式碼或指令以供上述指令執行式裝置使用或與之配合的工具。舉例而言，該儲存媒體可能包含有(但不受限)任何電子式、磁式、光學式、或其他儲存裝置，或任何類似電導體、電磁式、光學式、和紅外線傳輸、等等之傳輸媒體。該儲存媒體甚至可由一種具有電子電路之設計所表示的程式碼或指令之電子電路所組成。一些特定之範例係包括：一些固定式和可移除式磁性或光學式碟片；一些類似記憶卡和唯讀記憶體(ROM)等半導體記憶體裝置，其中包括可程式規劃式和可抹除式ROM、非揮發性記憶體(NVM)、光學纖維、等等。一些可切實具現程式碼或指令之儲存媒體，亦包括類似電腦紙上列印之印刷媒體，其係可以光學方式掃描，藉以取回該等程式碼或指令，彼等復可被一個指令執行式裝置剖析、編譯、組譯、儲存、及執行。該等程式碼或指令，亦可被切實具現為一個類似網際網路或其他類型之有線和無線網路等傳輸媒體中的電氣信號。

雖然本說明書業已詳細說明了一些例示性實施例，但理應瞭解的是，本說明書所揭示之觀念，係可另外以各種方式來具現及被採用，以及所附之申請專利範圍，係意使被詮釋為包括此等變更形式，除受限於習知技術者外。

10．．．軟體應用程式

12．．．檔案頁面優先度

14．．．資料結構

16．．．虛擬記憶體子系統

20．．．資料結構

70．．．電腦系統

72．．．中央處理器(CPU)

74．．．快取記憶體

76．．．系統匯流排

80．．．唯讀記憶體(ROM)

82．．．隨機存取記憶體(RAM)

84．．．輸入/輸出(I/O)轉接器

86．．．通訊轉接器

90．．．使用者介面轉接器

92．．．顯示器轉接器

94．．．硬碟

96．．．區域網路或廣域網路

100．．．鍵盤

102．．．指標裝置

104．．．監視器

第1圖係一個可例示一種範例性記憶體對映頁面優先度系統的方塊圖；第2圖係一個可例示一種用以傳達記憶體對映頁面優先度之範例性運作的流程圖；而第3圖則係一個範例性電腦系統之方塊圖，其中，記憶體對映頁面優先度，係可自一個應用程式，傳達至一個作業系統。

30-40‧‧‧步驟

Claims (13)

1. 一種傳達記憶體對映頁面優先度之方法，此種方法係包含有：將一個用於在一軟體應用程式中之記憶體對映式檔案之頁面優先度資訊，儲存至一個實體電腦可讀取式媒體上；以及使用一作業系統讀取該頁面優先度資訊，至少部分基於該頁面優先度資訊，將該記憶體對映式檔案之部分從記憶體交換進及交換出。
2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中，該交換動作係由於該作業系統內之虛擬記憶體子系統來執行。
3. 如申請專利範圍第1項之方法進一步包含執行一個系統呼叫以通知該作業系統，其中該頁面優先度資訊將由該軟體應用程式儲存。
4. 如申請專利範圍第1項之方法，進一步包含使用該軟體應用程式從該電腦可讀取媒體讀取該頁面優先度資訊。
5. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該頁面優先度資訊係儲存在一資料結構中。
6. 如申請專利範圍第5項之方法，其中該資料結構包含一陣列。
7. 如申請專利範圍第6項之方法，其中在該記憶體對映式檔案中之一頁面偏距值包含進入該陣列之一索引。
8. 如申請專利範圍第5項之方法，其中該資料結構係駐存於記憶體中。
9. 如申請專利範圍第8項之方法，其中該資料結構係一分 頁至磁碟片之候選對象。
10. 如申請專利範圍第5項之方法，其中該頁面優先度資訊係根據與該軟體應用程式相關之記憶體對映檔案而儲存在一資料結構中。
11. 如申請專利範圍第5項之裝置，其中最佳化該資料結構，以便藉由優先度來作頁面尋查。
12. 如申請專利範圍第5項之方法，進一步包含使用該作業系統儲存有關該記憶體對映式檔案之資訊在該資料結構中。
13. 一種用以傳達記憶體對映頁面優先度之裝置，其係包含有：一實體電腦可讀取媒體；一軟體應用程式中的組件，其用以將一個軟體應用程式中之至少一個記憶體對映式檔案有關的優先度資訊儲存至該電腦可讀取式媒體；和一操作系統中的組件，其用以至少部份基於在該電腦可讀取式媒體上面之優先度資訊而移動該至少之一個記憶體對映式檔案的頁面進出於一個頁面檔案。