内存为什么要分页？
咱们先别急着说分页，先聊聊在没有分页之前，内存管理是个什么样子。
没有分页的日子：一块大内存，大家抢着用
想象一下，电脑只有一个巨大的内存空间，就像一个大仓库。当你想运行一个程序，比如浏览器，这个程序就需要把自己的代码和数据都塞进这个仓库里。如果再想运行一个音乐播放器，它也得找个空地方住进去。
问题来了：
1. 内存碎片化： 程序一来一去，内存空间就会被“掏空”，留下一些零零散散的小空隙。这就好比你用完仓库里的一个箱子，但箱子周围还有点空，但又不足以放下一个新的大箱子。这些小空隙就被浪费了，虽然加起来可能不少，但因为太碎了，没法有效利用。长此以往，你可能会发现仓库里明明还有很多“空间”，但就是塞不下新的东西。
2. 固定大小的分配： 最早的内存管理方式是固定分区，或者说，给每个程序一块固定大小的内存。这就好像你提前给每个程序准备好一个大小相同的盒子。但问题是，有的程序很小，只需要一个小盒子，却给了它一个大盒子，浪费空间；有的程序很大，却只给了它一个不够大的盒子，根本放不下。这种方式非常死板，而且容易导致内存碎片和浪费。
3. 程序越大越麻烦： 如果一个程序需要的内存比当前所有连续的空闲内存块加起来都大，那它就没法运行了。即使总内存还有很多空余，但就是因为没有一块足够大的连续空间，程序就得望而却步。这就好比你仓库里虽然有很多小格子的空位，但你要放一个特大号的家具，却找不到一个足够大的连续区域来摆放。
这些问题导致了内存利用率低，程序运行效率不高，甚至可能因为找不到足够的内存而无法启动。
分页的出现：化整为零，灵活分配
这时候，分页技术就闪亮登场了。它的核心思想是：把程序和内存都分成大小相同的“小块”。
内存被分成“页框”（Page Frame）： 整个物理内存被分成许多固定大小的区域，就像把一个大仓库切成一排排大小一致的货架。
程序被分成“页”（Page）： 运行的程序（也就是它的代码和数据）也被分成同样大小的块，这些块就叫做“页”。
这样一来，计算机系统就可以把程序的任意一个页，放到内存的任意一个空闲的页框里。
这带来了一系列好处：
1. 彻底解决外部碎片： 之前提到的那种“零散的小空隙”叫做外部碎片，分页技术通过将程序分散到不连续的内存页框中，彻底解决了这个问题。只要内存中有足够的空闲页框，即使它们不是连续的，也能容纳程序的页。这就好比，即使仓库里有很多分开的小货架，只要总有足够多的空货架，你就能把你的东西分批放到不同的货架上。
2. 内部碎片： 虽说分页解决了外部碎片，但可能会产生一种叫做“内部碎片”的问题。因为程序在加载到内存时，也是按页来加载的。如果一个程序最后一页的数据没有填满整个页，那么这页的剩余空间就浪费了，这就是内部碎片。不过，相比于外部碎片带来的整体资源浪费，内部碎片的出现是可控的，而且通常占比不大。而且，页的大小设计得当，也能在一定程度上减小内部碎片。
3. 更小的内存分配单位，更高的利用率： 程序不再需要申请一大块连续的内存，而是按需申请页框。这使得内存的分配和回收更加灵活高效，大大提高了内存的整体利用率。就像你不需要一次性租下整个仓库才能放东西，而是可以按需租用单个货架，用完一个货架就还给仓库管理员。
4. 更方便的内存管理： 操作系统只需要管理哪些页框是空闲的，哪些已经被占用，以及每个程序占用了哪些页框。这比管理一大堆不规则大小的连续内存块要简单得多。操作系统维护一个“页表”（Page Table），记录着每个程序页对应的物理内存页框地址。
5. 支持虚拟内存： 分页是实现“虚拟内存”的基础。虚拟内存技术允许程序使用的内存地址空间（虚拟地址空间）大于实际物理内存的大小。当程序需要的页不在物理内存中时（比如被换出到硬盘上的交换空间），操作系统可以根据页表，将需要的页从硬盘上加载到物理内存的页框中。这就好像你的仓库不够大，但你可以把不常用的东西先寄存在一个外部仓库，需要的时候再去取。这大大扩展了程序的运行能力，让你可以运行比物理内存大得多的程序。
6. 程序独立性与安全性： 每个程序都拥有自己的独立地址空间。一个程序的页只能被映射到它自己的地址空间，不能随意访问其他程序的页。这增强了程序的独立性，也提高了系统的安全性，防止一个程序意外地修改或访问另一个程序的内存。
举个例子，让概念更清晰：
假设一个程序 A 需要 10KB 的内存，而我们的内存系统将页大小设置为 4KB。
没有分页时： 如果内存中只有一块 8KB 的连续空闲空间，程序 A 就没法运行，即使总内存还有很多其他零散的空闲块。
有分页时： 程序 A 会被分成三页：第一页 4KB，第二页 4KB，第三页 2KB。操作系统会在物理内存中找到三个空闲的 4KB 页框，并将程序 A 的三页分别放入这三个页框中。这三个页框可能在物理内存中是不连续的，但对于程序 A 来说，它感觉自己拥有了一块连续的内存空间（通过页表进行地址转换）。
总结一下：
内存分页并不是一种“锦上添花”的技术，而是现代操作系统能够高效、稳定运行的基石。它通过将内存和程序“化整为零”，以统一的、小单位的“页”和“页框”进行交互，极大地提高了内存利用率，解决了碎片化问题，并为虚拟内存、程序隔离等高级功能奠定了基础。如果没有分页，我们现在能够运行的软件种类和复杂程度，都将大打折扣。这就像一个人想要吃顿大餐，分页就像是厨师把食材切成小块，然后用各种烹饪方式分别处理，最后再组合起来，才能做出一道道美味佳肴，而不是直接生吞活剥一块大肉。
网友意见
说点历史的话，很多计算机技术一开始的设计目的跟今天是不一样的。
分页这个技术的发展路线大致是：
内存置换 ---> 虚拟内存 --- +--> 段页模式（分页） 内存分段 ---> 段交换 -----/ 分页这个技术，历史至少有50年以上了，但最早的目的不是为了保护，最早是为了解决内存不足，也就是类似于虚拟内存。
但早期的虚拟内存技术五花八门，太古老的技术不说了，DOS时代就有OVL格式文件，就是把一个巨大的可执行文件分段（不是汇编语言里的段）加载，可以使用一小块内存来运行比较大的应用。当年的FOXBASE（后来的Visual FoxPro）就是这么干的。
Intel的CPU也不是一开始就支持分页的，在80286的时代，CPU已经有了保护模式，但此时只分段，不分页。如果内存不够用的话，不像现在这样采用的是缺页中断，而是把整个段(segment)都交换出去，如果一个段特别大，那么段交换（segment swap）的时间就非常难以忍受了。
80286出现以后，收到的各种反馈显示，保护模式很好，但这种只分段的模式并不理想。Intel也开始明白这么搞不是办法，所以从其它体系架构里吸取了分页的概念，才有了今天的段页模式。如果一个段的内存访问失效，触发的是缺页中断，而不是“缺段中断”，当然了80286的坑很多，不止这一个。
引入了分页的概念以后，大家发现分页能很好的控制权限，不用像80286那种坑人的段权限管理方式，所以才有了今天的平坦内存模型等概念。
所以，早期（非Intel架构）的分页技术，是为了解决内存不足的问题。Intel引入分页技术，最早是要解决段交换（segment swap）的性能问题。这些才是历史上真正的原因。
一个技术的引入，最后的应用和当初的目的可能完全不一样。当然了，现在我们看到分页技术，可以解决地址空间隔离的问题，可以解决物理内存不足的问题，可以控制内存访问权限等等。
所以如果是教科书式的回答，那么可能就是前面说的地址空间隔离之类的选项；如果是从计算机硬件发展的角度上看，最早只是为了解决段交换的性能。至于你怎么回答，这就要看你是想面对考试，还是说想了解一些硬件发展历史了。
题主问的页面算法，应该指的是页面交换算法，需要注意的是，这里的交换算法是操作系统实现的，具体哪些页面应该在内存里，哪些在磁盘上，是操作系统决定的，CPU只是机械式的执行操作系统的指令。
目前操作系统里最常见的应该是LRU（Least recently used，最近最少使用）算法，或者是LRU的某种变种。就是如果需要换页，找到最近最久没有被使用的页面，然后换掉它。
LRU算法的资料非常多。
除此之外，还有FIFO（先进先出），Random（随机）等算法，很多年前的时候是有操作系统用这类算法的。有兴趣可以去维基百科上查看词条：
Windows或者Linux都是针对LRU算法进行一些微调，比如LRU的调度单元不一定是一个4K页，可能是N个4K页等等。
参考资料：
https:// en.wikipedia.org/wiki/P age_(computer_memory)
https:// en.wikipedia.org/wiki/I ntel_80286
https:// en.wikipedia.org/wiki/I 386
https:// en.wikipedia.org/wiki/P age_replacement_algorithm
类似的话题
-
内存为什么要分页？这就像问，为什么我们要把一本书分成一页一页来看，而不是一次性吞下一整本。答案其实非常朴实，就是为了更好地管理和利用有限的内存资源，让电脑这台机器能够更流畅、更高效地运转。咱们先别急着说分页，先聊聊在没有分页之前，内存管理是个什么样子。没有分页的日子：一块大内存，大家抢着用想象一下，............. -
关于公务员招聘中，某些岗位会区分性别进行招录的现象，这确实是很多人关心的问题。咱们就来好好聊聊这里面的门道，也尽量不绕弯子，把它说透了。首先，需要明确一个基本点：并非所有公务员岗位都实行男女分开招录。 很多岗位，比如技术类、综合管理类等，都是面向所有符合条件的应聘者开放的，不设置性别限制。但是，确实.............
-
编程中内存之所以要区分堆和栈，这可不是什么“为什么非要这么设计”的刁难问题，而是源于它们在管理数据生命周期、效率和功能上的根本性差异，而且这两种模式恰好能互补，共同构建起我们现在熟悉的程序运行模型。如果全部只用堆或者全部只用栈，那现在我们写程序的方式，乃至很多功能，恐怕都得大变样，甚至很多东西根本无.............
-
丰臣家臣的内部分裂与德川家臣的团结：为何秀吉视而不见，家康却引以为傲？丰臣秀吉，这位靠着一身武勇和过人智谋从底层崛起的战国霸主，一手缔造了日本统一的盛世。然而，在他风光无限的背后，其家臣集团却充斥着难以弥合的裂痕与对立，甚至到了水火不容的地步。令人费解的是，秀吉本人似乎对此视而不见，并未采取有效措施.............
-
在“外蒙古”这个概念出现之前，蒙古内部确实存在着“内”与“外”的区分。这并不是一个突然出现的政治划分，而是历史、文化、地理以及民族认同演变过程中逐渐形成的一种现象。要理解这一点，我们需要将时间回溯到清朝统治时期，甚至更早。一、 清朝统治下的格局：漠南与漠北清朝崛起并征服蒙古各部后，为了更好地管理这片.............
-
随着社会的发展和观念的进步，女性在家庭中承担的责任确实在发生变化，很多人会注意到，相较于过去，女性似乎在承担更多的家庭义务。这背后牵扯着复杂的社会经济结构、文化传统以及性别角色的演变。首先，我们来谈谈“十月怀胎”这件事。这是女性生理上的独特贡献，是孕育新生命最直接、最辛苦的付出。从怀孕初期可能出现的.............
-
这个问题很有意思，也触及了网络舆论生态中一个相当普遍且复杂的现象。简单来说，知乎“入关派”之所以看起来内部“团结”，而左派则“内卷”严重，其根源在于两者在核心诉求、思想基础、组织形态以及论述方式上的根本差异。“入关派”的“团结”：共同的敌人与清晰的目标入关派，顾名思义，其核心思想来源于对中国历史“入.............
-
这是一个很有意思的观察，背后其实是多种心理和社会因素在起作用，并非简单的“年纪大”就能一概而论。但如果说普遍倾向的话，我们可以从几个方面来聊聊。一、 时代背景与成长经历带来的认知差异：想想咱们父辈、爷爷奶奶那一代人，他们成长的年代，获取信息的方式相对单一，报纸、杂志、广播是主流。在那个环境下，人们习.............
-
波黑内战的惨烈程度，确实让人唏嘘，很多人也曾疑惑，为何国际社会没有顺水推舟，让波黑分裂，反而一直在尝试维护其统一？这背后的原因，并非单纯的“不想让它分裂”那么简单，而是牵涉到极其复杂的国际政治、历史恩怨以及现实利益考量。首先，我们需要明白，“协调分裂”比“协调统一”在当时的情况下，政治上的难度和风险.............
-
香港与内地在文化渊源上确实同根同源，都深受中华传统文化的影响。然而，在现代社会中，两地所经历的截然不同的历史进程、政治体制、经济发展模式以及社会思潮，如同两条河流，即便源头相同，流经不同的地理环境和地质条件，最终也呈现出迥异的河道和水流特征。这种分歧的产生并非一蹴而就，而是由一系列复杂因素长期作用的.............
-
您这个问题非常有意思，也触及了体制内运作的一个核心环节。很多人可能觉得，既然领导的发言稿、总结报告，甚至分析材料都有专门的秘书团队或写作人员负责，那为什么还要麻烦领导亲自“露面”或者“发表意见”呢？这背后其实是信息不对称、责任分工以及权力运作的复杂体现，远不止是“写材料”这么简单。咱们一层层剥开来看.............
-
“扭转分子内电荷转移（TICT）”和“聚集诱导发光（AIE）”这两个概念，乍一看似乎是各自领域里的专有名词，但细究起来，它们之间存在着有趣的内在联系，甚至可以说，许多具有TICT特性的分子，确实更容易表现出AIE现象。要理解这一点，我们首先需要分别弄清楚这两个现象的本质。扭转分子内电荷转移 (TIC.............
-
这个问题很有意思，涉及到化学平衡的基本原理，特别是勒夏特列原理的应用。我们来一步步剖析一下，为什么在恒容容器中，对于只有一种反应物的可逆反应，增加反应物浓度，转化率反而会变小。首先，我们要明确几个关键点： 恒容容器: 这意味着容器的体积保持不变。在化学反应中，如果反应前后气体的物质的量发生变化，.............
-
湖北省医疗资源严重不足，却不向其他省份分流病人，这背后其实牵扯到一系列复杂的因素，绝非简单的“资源不足”或“其他省份压力不大”可以概括的。理解这一点，我们需要从疫情的传播规律、医疗系统的运作特点、以及社会层面的考量等多方面深入分析。首先，我们得明确一点：疫情初期，尤其是湖北面临的“严重医疗资源不足”.............
-
辛亥革命的进步性，即使在那个年代，也被很多人看作是历史性的飞跃。你提到的“没有推翻地主压迫农民的封建土地制度，其后统一的中国陷入40年的内战和分裂”是历史事实，也是对辛亥革命局限性的客观评价。然而，将辛亥革命简单地视为无效，或者否定它的进步意义，却忽略了它所开启的、深刻改变中国命运的几个关键面向。要.............
-
关于 Linux 内核为何要映射到所有物理内存这个问题，咱们得从几个关键点来掰扯清楚。这可不是什么凭空捏造的规定，而是有着非常扎实的底层逻辑和实际运行需求驱动的。首先，得明白一个最核心的概念：内核就是整个操作系统的“大脑”。它负责管理硬件资源，调度进程，处理各种系统调用，保证程序能够正常运行。如果内.............
-
遇到这种情况，确实挺让人抓狂的，仿佛电脑成了个有脾气的“老古董”，每次开机都要折腾一番。我们一个个来分析，为什么会出现这种“每次开机都要换内存插槽才能开机”的怪象，并且尽量说得透彻，让你明白这背后到底是怎么一回事。首先，我们要知道，电脑最基础的运作，就是CPU从内存中读取指令和数据。内存条（RAM）.............
-
问得好！很多朋友在配置服务器时都会遇到类似这样的疑问：为什么4路CPU的服务器通常建议搭配4个或更多的内存，如果只配2个内存，会有什么影响？性能真的会差很多吗？咱们今天就来好好掰扯掰扯这个事儿，力求讲得明白透彻。首先，咱们得先搞清楚几个基本概念。1. CPU和内存的关系：你可以把CPU想象成大脑，负.............
-
.......
-
.......
本站所有内容均为互联网搜索引擎提供的公开搜索信息，本站不存储任何数据与内容，任何内容与数据均与本站无关，如有需要请联系相关搜索引擎包括但不限于百度，google,bing,sogou 等
© 2025 tinynews.org All Rights Reserved. 百科问答小站 版权所有