申論題

在多層次記憶體系統中，當某些層次發生錯失（miss）時，系統在錯失處理結束前可能會進行程序切換（context switch）。這主要發生在以下情況：

1. 主記憶體（Main Memory）

• 缺頁錯誤（Page Fault）：當程序訪問的頁不在主記憶體中時，會發生缺頁錯誤。操作系統需要從磁碟（如SSD或HDD）中將頁載入到主記憶體中，這是一個相對較長的過程。

  • 原因：缺頁錯誤處理涉及從慢速存儲設備讀取數據，這需要相對較長的時間。為了提高CPU利用率，操作系統會將當前進程置於等待狀態，並進行程序切換，使其他進程能夠在這段時間內繼續運行。這樣可以避免CPU空閒，提升整體系統性能。

2. 次級存儲設備（Secondary Storage）

• I/O操作：當程序執行涉及大量數據讀寫的I/O操作時，例如從磁碟讀取或寫入數據，這些操作通常需要較長時間才能完成。

  • 原因：I/O操作涉及硬體設備的物理讀寫，速度遠低於內存存取速度。操作系統會將執行I/O操作的進程置於等待隊列中，並切換到其他可運行的進程，從而有效利用CPU時間，提升系統吞吐量。