想讓電腦更快更順嗎？系統最佳化，深入Windows記憶體管理

轉址為Page Fault之母

程式透過作業系統要存取記憶體時，會經過很多道步驟來查詢並把虛擬轉譯成實體位址，其中的過程十分複雜。簡單的說，系統如果判斷這是1次有效的存取，那麼此要求便成立；如果是無效的，就會產生「Page Fault」。

Page Fault產生的原因及應變方式很多，除了真正的硬體損壞或軟體錯誤，我們可以將其解釋成「程序嘗試存取不在它工作集裡的分頁」。套用到前文所提的分頁生命周期，比較常見的情況會發生在程序要存取以下幾種分頁時：

空白分頁

這種情況會出現在剛執行或需要更多空白分頁時。這時候因為虛擬位址並沒有對應到實體位址，記憶體管理員會挪出空白分頁（不管是跑1次回收流程或取用本來就還有的分頁），並將其實體位址與虛擬位址掛勾。

流浪分頁

因為這個分頁已經不屬於該程序的工作集，只是還沒被抹除而已，比如Modified List或Standby List裡的分頁。記憶體管理員會把此分頁的所有權重掛回原程序的工作集裡，fault的意義只存在於分頁的歸屬上。

硬碟分頁

同流浪分頁的處理方式，但是要先從分頁檔裡讀出資料，然後再跑1次空白分頁與流浪分頁的處理流程。

Fault

Fault聽起來好像是很負面的字眼，然而它是維持記憶體運作效率的必要手段。除了少數情況是記憶體在軟體或硬體上確實產生損壞，不然Page Fault指的是存取到無效分頁以及之後的處理方式，在時態上有雙重涵義。

至於無效分頁的判定理由有很多種，存取一個已經不在工作集裡的分頁也是一種Page Fault，因為程序本身並不會知道它要存取的分頁已經被踢出工作集了，該虛擬位址對應到的實體分頁已不屬它用。

效能殺手Hard Fault

不管是取得空白分頁、或是取回原本在外流浪的分頁，只要是能在實體記憶體裡完成的，都是對系統效能幾乎無影響的「Soft Fault」。相反的，這些分頁如果已經寫入硬碟了，那麼就得從硬碟讀出並放到空白分頁裡，再回到程序的工作集。從硬碟存取分頁容易產生程序的「硬直」時間，一般稱之為「Hard Fault」。

Hard Faults在寫入動作上是循序的，加上寫入動作多是在記憶體壓力不大的背景下執行，所以對效能的影響較小。讀取時間才是最大的致命傷，重點不在資料量，而是反應時間，使用快寫策略的結果就是讓分頁檔裡的資料失去連續性，同一個程序的分頁在分頁檔裡的分佈可能極為零散，剛好中了傳統硬碟的罩門。

用快取平衡壓力

該如何減少產生Hard Faults，可以藉由「快取」來平衡硬碟讀寫與記憶體間的壓力，我們在稍後的篇幅會提到。針對分頁檔而言，在記憶體不足時過度依賴它同樣會造成大量的Hard Faults，對系統效能的衝擊不可小覷。比如：明明需要4GB的記憶體、卻只靠1GB的RAM在硬撐，就算分頁檔設再大也很難挽回系統穩定性及效能。

單純只靠分頁檔來撐的話，Windows早在耗盡實體記憶體前就會逼迫Modified Page Writer一直將分頁寫入硬碟，工作一多，Hard Faults不斷地連帶引發後續更多的Hard Faults（因為上一個fault而被寫入硬碟的分頁要再觸發下一個fault才能被存回實體記憶體，最明顯的狀況是應用程式的切換會變很慢），於是系統就掉入無間地獄裡。

假設某個程序裡的資料等待時間是寫死的5毫秒，結果因為硬碟緩慢而繁重的Hard Faults導致在此時間內讀不到完整資料而產生例外（Exception），例外處理機制完善的程式會發出錯誤訊息，差一點的就自己崩潰、甚至連帶影響其它程式也不無可能。

例外（Exception）

程序在執行時會依不同的條件判斷接下來的處理方式，比如發生狀況A就執行方法一、發生狀況B就執行方法二等等。如果產生了程序意料外的狀況，就是「例外」。較完善的系統或程序會有比較可靠的例外處理機制，比如「以上條件都不符合的話就執行例外解決方案」。如果沒有例外處理機制的話，很可能就會當機或遺失資料。

Hard Faults無可避免

儘管如此，玩家們倒不必因噎廢食，因為不設置分頁檔也會存在一定風險。在無法把分頁寫入硬碟的情況下，Modified Pages可能會變得比較多，間接造成了可用的Standby Pages會變少，你在工作管理員裡看到的「可用空間」會比啟用了分頁檔的環境小，儘管執行的工作量是一樣的。

如果實體記憶體夠大，那麼還有很多Zero Pages可以用，就不構成威脅。相反的，假如實體記憶體快用完了，Modified Pages又無法寫入硬碟，很可能會造成資料遺失。比如開著Word打100字還沒問題，再多打1個字就當機了。

除此之外，即使關閉了分頁檔，並不代表系統就完全不會產生Hard Faults。程序在剛執行時一定會產生Hard Fault，因為它要從硬碟裡讀出資料，而且有些Modified Pages還是得寫回程序自己的資料檔案裡，我們能做的只是「盡量減少」而不是「完全關閉」Hard Faults，除非打算讓系統在唯讀狀態下運行，那就是另外一回事。

我們不太容易知道分頁檔裡有多少空間已經被使用了，但是可以從工作管理員看到每個程序的Hard Fault頻率，也就是圖中的「硬性錯誤」。 

若是某個程序的硬性錯誤頻率特別高，就代表該程序一直得不到充足的記憶體，這時候使用者……其實也沒辦法做些什麼，就只能選擇先關閉其它程序來挪出空間、或是加大實體記憶體容量。

通常前者並不會有太大幫助，因為操作中的、在前景的程序通常已經擁有最高的記憶體使用優先權，閒置的程式分頁早就被打入硬碟或抹除了，關閉它們未必會釋放出多少實體記憶體空間。

（後面還有：正確解讀記憶體佔用率）