Tại sao RAM đầy một phần gây ra độ trễ?

Tại sao RAM đầy một phần (giả sử là 80%), khiến thiết bị bị lag rất nhiều, mặc dù có một số không gian có sẵn để lưu trữ nhiều dữ liệu hơn? Những gì tôi mong đợi là nó tiếp tục hoạt động tốt đến 99%.

Tôi nhận thấy rằng trên điện thoại di động nhiều hơn trên PC, vì nó có RAM nhỏ hơn, ví dụ như điện thoại di động của tôi có RAM 2 GB; Khi tôi có ít hơn 1 GB RAM, nó sẽ bị chậm rất nhiều! Tại sao điều đó xảy ra, mặc dù nó vẫn có ~ 1 GB để sử dụng?

Có nhiều thứ liên quan ở đây nhưng tôi sẽ cố gắng giải thích nó đơn giản nhất có thể và theo cách áp dụng cho bất kỳ HĐH nào.

Có 2 nguyên tắc cơ bản ở đây:

1. Tổng cộng tất cả mọi thứ cần có trong RAM và những thứ có lợi từ RAM sẽ hầu như luôn lớn hơn kích thước của RAM. Những thứ sẽ được hưởng lợi từ RAM bao gồm các bộ làm việc quá trình và danh sách chờ. Cái sau chứa dữ liệu và mã đã từng được sử dụng nhưng đã mất hiệu lực. Phần lớn trong số này sẽ được sử dụng lại, một số trong số đó khá sớm, vì vậy có lợi khi giữ nó trong RAM. Bộ nhớ này hoạt động như một loại bộ đệm nhưng không thực sự cần thiết vì vậy thuộc danh mục bộ nhớ khả dụng. Giống như bộ nhớ trống, nó có thể nhanh chóng được cung cấp cho bất kỳ chương trình nào cần nó. Vì lợi ích của hiệu năng bộ nhớ dự phòng nên lớn.

2. Tần suất sử dụng các khối bộ nhớ khác xa với ngẫu nhiên nhưng có thể dự đoán với độ chính xác đáng kể. Bộ nhớ được chia thành các khối, thường là 4K byte. Một số khối được truy cập nhiều lần trong một giây trong khi các khối khác không được truy cập trong nhiều phút, giờ, ngày hoặc thậm chí vài tuần nếu hệ thống đã hoạt động đủ lâu. Có một phạm vi sử dụng rộng rãi giữa 2 thái cực này. Trình quản lý bộ nhớ biết những khối nào đã được truy cập gần đây và những khối nào không có. Đó là một giả định hợp lý rằng một khối bộ nhớ đã được truy cập gần đây sẽ sớm được cần đến một lần nữa. Bộ nhớ không được truy cập gần đây có lẽ sẽ không cần thiết bất cứ lúc nào sớm. Kinh nghiệm lâu năm đã chứng minh điều này là một nguyên tắc hợp lệ.

Trình quản lý bộ nhớ tận dụng nguyên tắc thứ hai để giảm thiểu phần lớn hậu quả không mong muốn của nguyên tắc thứ nhất. Để làm điều này, nó thực hiện một hành động cân bằng giữ dữ liệu được truy cập gần đây trong RAM trong khi đó giữ dữ liệu hiếm khi được sử dụng trong các tệp gốc hoặc tệp trang.

Khi RAM dồi dào, hành động cân bằng này rất dễ dàng. Phần lớn dữ liệu không được sử dụng gần đây có thể được giữ trong RAM. Đây là một tình huống tốt.

Mọi thứ trở nên phức tạp hơn khi khối lượng công việc tăng lên. Tổng số dữ liệu và mã được sử dụng lớn hơn nhưng kích thước của RAM vẫn giữ nguyên. Điều này có nghĩa là một tập hợp con nhỏ hơn này có thể được giữ trong RAM. Một số dữ liệu ít được sử dụng gần đây có thể không còn trong RAM mà phải để lại trên đĩa. Trình quản lý bộ nhớ cố gắng hết sức để duy trì sự cân bằng tốt giữa bộ nhớ trong sử dụng tích cực và bộ nhớ khả dụng. Nhưng khi khối lượng công việc tăng lên, trình quản lý bộ nhớ sẽ buộc phải cung cấp thêm bộ nhớ khả dụng cho các tiến trình đang chạy. Đây không phải là một tình huống tốt nhưng người quản lý bộ nhớ không có sự lựa chọn.

Vấn đề là việc di chuyển dữ liệu đến và từ RAM khi chương trình chạy cần có thời gian. Khi RAM dồi dào, điều đó sẽ không xảy ra thường xuyên và thậm chí sẽ không được chú ý. Nhưng khi việc sử dụng RAM đạt mức cao thì điều đó sẽ xảy ra thường xuyên hơn. Tình hình có thể trở nên tồi tệ đến mức dành nhiều thời gian hơn cho việc di chuyển dữ liệu đến và từ RAM so với việc sử dụng nó thực sự. Đây là một sự cố, một điều mà người quản lý bộ nhớ cố gắng hết sức để tránh nhưng với khối lượng công việc lớn thì thường không thể tránh được.

Trình quản lý bộ nhớ đứng về phía bạn, luôn cố gắng hết sức để duy trì hiệu suất tối ưu ngay cả trong các điều kiện bất lợi. Nhưng khi khối lượng công việc lớn và bộ nhớ khả dụng bị thiếu, nó phải làm những điều xấu để duy trì hoạt động. Thực tế đó là điều quan trọng nhất. Ưu tiên hàng đầu là giữ cho mọi thứ hoạt động sau đó thực hiện nhanh nhất có thể.

Tất cả các hệ điều hành hiện đại đều sử dụng bộ nhớ không sử dụng cho bộ nhớ đệm dữ liệu để có thể truy cập từ RAM nhanh thay vì lưu trữ chậm hơn. Họ thường sẽ báo cáo đây là bộ nhớ trống, vì các ứng dụng có thể xóa bộ nhớ cache và sử dụng nó nếu cần, nhưng nó vẫn thực sự được sử dụng. Càng có ít, dữ liệu có thể được lưu trữ càng ít và máy tính sẽ càng chậm.

Câu trả lời này chủ yếu được viết lại để sắp xếp lại cấu trúc và làm cho thông điệp rõ ràng hơn. Tôi cũng đã mở nó như một câu trả lời wiki cộng đồng; Hãy chỉnh sửa.

Phân trang là một sơ đồ quản lý bộ nhớ thông qua đó các khối bộ nhớ có kích thước cố định có các quy trình được gán cho chúng. Khi mức sử dụng bộ nhớ tăng lên mức cao (tức là 80% dung lượng), phân trang bắt đầu mở rộng từ RAM sang vRAM (RAM ảo).

vRAM được đặt trong bộ lưu trữ hệ thống, thường là trong ổ cứng hoặc các vị trí lưu trữ khá lớn khác.

Các quy trình được chỉ định một phần trong ổ cứng của bạn để chạy dưới dạng bộ nhớ và sẽ coi phần của chúng là RAM. Đây là một quá trình hoàn toàn bình thường, tuy nhiên, khi thời gian để truyền dữ liệu đến và từ vRAM tăng lên, hiệu năng hệ thống sẽ giảm.

Mặc dù RAM chuyên dụng được truy cập trực tiếp thông qua bo mạch chủ từ CPU, cung cấp kết nối nhanh, RAM ảo phải chuyển đổi cáp giữa bo mạch và vị trí của vRAM.

Điều này tuy nhiên, chỉ gây ra tác động hiệu suất nhẹ. Khi tốc độ phân trang cho vRAM diễn ra tăng mạnh (khi RAM chuyên dụng đạt tới dung lượng), việc đập sẽ diễn ra.

Thrashing là thực hành chuyển nhanh chóng và nhanh chóng các trang bộ nhớ vào bộ nhớ ảo của bạn. Điều này gây tổn thất lớn về hiệu suất vì phải dành nhiều thời gian hơn để tìm nạp và xử lý dữ liệu.

Hãy nói rằng, bạn muốn viết ra một số dài 30 chữ số. Bạn có thể ngồi cạnh màn hình bằng notepad và viết nó (sử dụng bộ nhớ chuyên dụng) hoặc bạn nhớ các đoạn 5, chạy sang phòng bên cạnh và ghi nó vào notepad của bạn trong đó (sử dụng bộ nhớ ảo). Cả hai đều hoàn thành công việc, nhưng sẽ nhanh hơn?

Tìm hiểu thêm về đập ở đây !

Rất cảm ơn những người đóng góp câu trả lời này bao gồm Daniel B , xenoid và Jon Bentley .

Đó là vì HĐH phải thực hiện nhiều thao tác phân trang (tải các phần của chương trình đang hoạt động) và hoán đổi (chuyển dữ liệu trong RAM sang HD và ngược lại) để giữ cho phần mềm của bạn chạy. Khi các trang mới cần được tải có thể cần nhiều dung lượng hơn 20% khả dụng, HĐH sẽ phải trao đổi các trang hiện có trong RAM mà nó cho rằng sẽ ít được sử dụng sớm hơn. Đặc biệt là khi bắt đầu các chương trình khác. Việc hoán đổi và quay lại trong các trang mất rất nhiều thời gian và làm chậm hiệu suất máy tính của bạn một cách mạnh mẽ bởi vì bạn hiện đang làm việc ở tốc độ HD chứ không phải RAM.

Nó giúp một chút trên ổ cứng để tạo một phân vùng đặc biệt trên HD của bạn và gán nó dưới dạng "hoán đổi" chuyên dụng (không sử dụng nó cho các tệp "thực") để việc hoán đổi ít bị ảnh hưởng bởi sự phân mảnh HD.

Hãy nhớ rằng, ổ cứng có tốc độ chậm hơn RAM và bản thân RAM không phải là tốc độ nhanh nhất để bắt đầu (trong kiến ​​trúc tổng thể). Theo thứ tự tốc độ truy cập (trong đó mỗi nấc thang là một thứ tự cường độ chậm hơn so với ở trên) bạn có

1. Các thanh ghi bộ xử lý - Về mặt thực tế, các thanh ghi có sẵn trong vòng 1 chu kỳ của bộ xử lý . Xem xét rằng các bộ xử lý thực hiện hàng tỷ chu kỳ một giây (3 GHz = 3 tỷ chu kỳ mỗi giây), điều này thật nhanh chóng.
2. Bộ đệm của bộ xử lý - Tùy thuộc vào cấp độ, nhưng chúng vẫn khá nhanh (khả năng sẵn sàng 3-5 chu kỳ cho bộ đệm L1).
3. Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên (RAM) - Phần ngẫu nhiên có nghĩa là bạn không biết trạng thái của nó khi bạn truy cập nó. Hãy nghĩ về một người giao hàng trọn gói phải dừng lại, nhặt gói hàng lên, đi đến cửa và bấm chuông cửa và chờ phản hồi. Có lẽ bạn không đợi chút nào, hoặc có thể bạn đợi một hoặc hai phút để bà Smith xáo trộn ra cửa sau nhà. Về mặt thực tế, chúng ta đang nói chuyện ở bất cứ đâu từ 14-27 chu kỳ (tùy thuộc vào trạng thái của RAM khi chúng ta truy cập nó).
4. Ổ đĩa cứng - Hiện tại có một quy trình vật lý và trong khi nó diễn ra nhanh nhất có thể thì bạn đang chờ đợi những cái đầu di chuyển và những dấu vết di chuyển dưới những cái đầu đó. Về mặt thực tế, ổ cứng 7.200 vòng / phút có thể hoàn thành một cuộc cách mạng trong khoảng 4 ms hoặc khoảng 750.000 chu kỳ cho bộ xử lý 3 GHz . Điều đó thật chậm.

Trình quản lý bộ nhớ ảo là một con bạc. Cá cược rằng bạn không cần tất cả RAM của mình mọi lúc, vì vậy nó sẽ đưa ra phỏng đoán có giáo dục và tung xúc xắc rằng chương trình tài liệu của bạn (đã ở trong nền trong 10 phút cuối khi bạn đọc điều này) không thực sự quan trọng và nó đẩy nó vào ổ cứng.

Nhưng sau đó bạn bấm lại vào tài liệu! Bây giờ VMM phải tải tất cả dữ liệu đó trở lại từ ổ cứng. Tồi tệ hơn, nếu bạn thiếu RAM, giờ đây nó phải đẩy dữ liệu khác (nhiều cờ bạc hơn) vào ổ cứng để giải phóng không gian có thể sử dụng. Linux thích sống ở rìa ở đây. Nó sẽ lấp đầy phần lớn RAM với dữ liệu được sử dụng thường xuyên (tuyệt vời cho các máy chủ có ít quy trình).

Câu trả lời đập mạnh khá nhiều đinh nó. Nếu bạn có thể, bạn có thể giảm thiểu việc này xảy ra nhanh như thế nào bằng cách giảm độ nhanh (hệ thống sẽ cho phép sử dụng bao nhiêu ram trước khi chuyển mọi thứ sang không gian). Tôi muốn đặt các hệ thống tránh trao đổi cho đến khi ram đạt 99% cho các ứng dụng máy chủ vì mặc định có nghĩa là tôi sẽ cần mã hóa mọi thứ để chỉ sử dụng 80% ram để tận dụng bộ nhớ đệm mà không bị phạt vì đẩy hệ thống vào không gian hoán đổi.