置換與置換空間

當實體 RAM 用滿、程式卻還需要更多時，作業系統會向磁碟借空間：它把最近沒用到的頁複製到磁碟上一塊保留區域，釋放它們佔用的頁框給別人用，並在那些頁日後再被碰觸時把它們帶回來。置換（swapping，又稱分頁到磁碟）就是這種在 RAM 與磁碟之間搬移頁的動作；那塊保留的磁碟區域就是置換空間（swap space，一個置換分割區或一個置換檔）。

逐步來說：當 RAM 吃緊時，作業系統挑一個短期內不太可能用到的犧牲頁（用存取位元與髒位元來猜），若它被修改過就把它寫進置換空間，並把它的分頁表項標成「不存在」，同時記住它現在在磁碟上的哪裡。那個頁框現在空出來了。日後若程式又碰那個虛擬位址，MMU 引發一次分頁錯誤；作業系統把該頁從置換空間讀回一個新頁框、修好表項、繼續執行。程式只感覺到一陣停頓——它的資料看來完好無損，已經悄悄繞了磁碟一圈。

這就是讓一台機器執行比其 RAM 還大的工作集的方法，但取捨非常物理：磁碟比 RAM 慢上好幾千倍，所以每一個必須回來的被置換頁，都是一次昂貴的主要分頁錯誤。少量置換能撫平尖峰；大量、持續的置換就是輾轉（thrashing），機器花在搬頁上的時間比運算還多，幾乎停擺。置換只有在真正熱門的資料仍裝得進 RAM 時，才能優雅地擴充容量。