20145334 《信息安全系统设计基础》第十四周学习总结

物理地址

虚拟地址

虚拟存储器被组织为一个由存放在磁盘上的N个连续的字节大小的单元组成的数组。

使用虚拟寻址时，CPU通过生成一个虚拟地址VA来访问主存，这个虚拟地址在被送到存储器之前先转换成适当的物理地址（这个过程叫做地址翻译，相关硬件为存储器管理单元MMU）

地址空间

地址空间

地址空间是一个非负整数地址的有序集合：

{0,1,2,……}

线性地址空间

地址空间中的整数是连续的。

虚拟地址空间

CPU从一个有 N=2^n 个地址的地址空间中生成虚拟地址，这个地址空间成为称为虚拟地址空间。

地址空间的大小

由表示最大地址所需要的位数来描述。

N=2^n：n位地址空间

主存中的每个字节都有一个选自虚拟地址空间的虚拟地址和一个选自物理地址空间的物理地址。

第三节 虚拟存储器作为缓存的工具

虚拟存储器——虚拟页VP，每个虚拟页大小为P=2^平字节

物理存储器——物理页PP，也叫页帧，大小也为P字节。

任意时刻，虚拟页面的集合都被分为三个不相交的子集：

DRAM缓存的组织结构

不命中处罚很大

是全相联的——任何虚拟页都可以放在任何的物理页中。

替换算法精密

总是使用写回而不是直写。

页表

页表是一个数据结构，存放在物理存储器中，将虚拟页映射到物理页。

页表就是一个页表条目PTE的数组，组成为：

有效位+n位地址字段

缺页

缺页：就是指DRAM缓存不命中。

缺页异常：会调用内核中的缺页异常处理程序，选择一个牺牲页。

页：虚拟存储器的习惯说法，就是块

交换=页面调度：磁盘和存储器之间传送页的活动

按需页面调度：直到发生不命中时才换入页面的策略，所有现代系统都使用这个。

虚拟存储器中的局部性

局部性原则保证了在任意时刻，程序将往往在一个较小的活动页面集合上工作，这个集合叫做工作集/常驻集。

所以只要程序有良好的时间局部性，虚拟存储器系统就能工作的相当好。

地址翻译

TLB：翻译后备缓冲器，是一个小的、虚拟存储的缓存，其中每一行都保存着一个由单个PTE组成的块

Core i7地址翻译

Linux虚拟存储器系统

fork 函数

当 fork 函数被当前进程调用时，内核为新进程创建各种数据结构，并分配给它一个唯一的 PID。为了给这个新进程创建虚拟存储器，它创建了当前进程的 mm_struct、区域结构和页表的原样拷贝。它将两个进程中的每个页面都标记为只读，并将两个进程中的每个区域结构都标记为私有的写时拷贝。

当 fork 在新进程中返回时，新进程现在的虚拟存储器刚好和调用 fork时存在的虚拟存储器相同。当这两个进程中的任一个后来进行写操作时，写时拷贝机制就会创建新页面，因此，也就为每个进程保持了私有地址空间的抽象概念。

execve 函数

execve 函数在当前进程中加载并运行包含在可执行目标文件 a.out 中的程序，用 a.out 程序有效地替代了当前程序。加载并运行 a.out 需要以下几个步骤：

删除已存在的用户区域。

映射私有区域。

映射共享区域。

设置程序计数器 (PC)。

分配器的要求和目标：

要求

处理任意请求序列
立即响应请求
只使用堆
对齐块
不修改已分配的块

目标

最大化吞吐率（吞吐率：每个单位时间里完成的请求数）

最大化存储器利用率——峰值利用率最大化

三、碎片

虽然有未使用的存储器，但是不能用来满足分配请求时，发生这种现象。

内部碎片

发生在一个已分配块比有效载荷大的时候

易于量化。

外部碎片

发生在当空闲存储器合计起来足够满足一个分配请求，但是没有一个单独的空间块足以处理这个请求时发生

难以量化，不可预测。

垃圾收集

垃圾收集器是一种动态存储分配器，它自动释放程序不再需要的已分配块，这些块被称为垃圾，自动回收堆存储的过程叫做垃圾收集。