2017-2018-1 20155211 《信息安全系统设计基础》第13周学习总结

2017-2018-1 20155211 《信息安全系统设计基础》第13周学习总结

• 我选择学习的是第九章

教材学习内容总结

• 虚拟内存是核心的，强大的，危险的。

  • 关于危险性，即每次应用程序引用一个变量，间接引用一个指针，或者调用像malloc这样的动态分配程序时，会和虚拟内存发生交互，若使用不当，应用将遇到“段错误”或“保护错误”这样的错误而崩溃。

• 计算机系统的主存被组成一个有M个连续的字节大小的单元组成的数组，每字节都有一个唯一的物理地址。CPU访问内存的最自然的方式就是使用物理地址，即物理寻址。

• 早期的PC使用物理寻址，即使到现在数字信号处理器，嵌入式微处理器以及Cray超级计算机这样的系统仍然继续使用这种寻址方式。现代处理器使用的是虚拟寻址。

• 地址空间是一个非负整数地址的有序集合。一个地址空间的大小是由表示最大地址所需要的位数来描述的。

• 虚拟空间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。

• 未分配的，缓存的，未缓存的在任意时刻被虚拟页面的集合分为三个不相同的子集

• DRAM缓存的组织结构完全是由巨大的不命中开销驱动

• 虚拟内存系统必须有某种方法来判定一个虚拟页是否缓存在DRAM中的某个地方，这些功能是由软硬件联合提供的，包括操作系统软件，MMU（内存管理单元）中的地址翻译硬件和一个存放在物理内存中叫做页表的数据结构，页表将虚拟页映射到物理页。

• DRAM缓存不命中称为缺页。

• 在虚拟内存的习惯说法中，块被称之为页。在磁盘和内存之间传送页的活动叫做交换或者页面调度。页从磁盘换入DRAM和从DRAM换出磁盘。

• 按照页面调度和独立的虚拟地址空间的结合，对系统中内存的使用和管理造成了深远的影响。特别地，VM简化了链接和加载、代码和数据共享以及应用程序的内存分配。

• 形式上来说，地址翻译是一个N元素的虚拟地址空间（VAS）中的元素和一个M元素的物理地址空间(PAS)中元素之间的映射，MAP:VAS->VAS U 非空
  

• 用来压缩页表的常用方法是使用层次结构的页表。
  

课后习题

9.11 虚拟地址：0x027c

• 虚拟地址格式

13	12	11	10	9	8	7	6	5	4	3	2	1	0
0	0	0	0	0	0	0	1	1	1	1	1	0	0

• 地址翻译

参数	值
VPN	0x09
TLB索引	0x01
TLB标记	0x02
TLB命中（是/否）	否
缺页（是/否）	否
PPN	0x17

• 物理地址格式

11	10	9	8	7	6	5	4	3	2	1	0
0	1	0	1	1	1	1	1	1	1	0	0

• 物理地址引用

参数	值
字节偏移	0x0
缓存索引	0xF
缓存标记	0x17
缓存命中（是/否）	否
返回的缓存字节	--

9.12,9.13类似

9.14

#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/mman.h>
int main()
{
    int fd;
    char *start;
    fd = open("hello.txt", O_RDWR, 0); //打开文件
    start = mmap(NULL, 1, PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0);
    close(fd);  
    if(start == MAP_FAILED) return -1;//判断是否映射成功
    (*start) = 'J';
    munmap(start, 1);
    return 0;
} 

9.15,9.16

9.18

• 需要考虑四个问题：
  • 初始化的时候，序言块和结尾块是怎么样的。
    序言块八字节8|0x11。
    结尾块四字节0|0x11。
  • 为堆申请更多空间的时候（sbrk），如何更改结尾块
    ,记录最后一个块的alloc。结尾块向后延伸申请的空间，并将刚多出的空间作为一个空闲块。设置为size|(alloc<<1)。再合并该空闲块。需要判断最后一块是否已分配，可通过epilogue来判断。
  • 某个空闲块匹配的时候，如何设置头和下一块的头。
    我们基于以下假设：某个空闲块匹配，上一个和下一个一定不是空闲块（否则可以合并）。
    所以头部就设置为（asize|0x011)。
    如果要分割，则下一块的头部设置为（size-asize|0x010），不用合并，因为再下一块肯定是已经分配。
  • 释放某个块时，如何合并。
    检查头部，alloc_prev = 上一块是否分配
    检查下一个块的头部，alloc_next = 下一个块是否分配。
  • 最后，如果下一块已分配，则需要将下一块头部设置为(原头部&(~0x010))。另外，在mm_malloc中，分配多大的块也要发生相应的变化，因为现在最小块大小可以是DSIZE，而不是2*DSIZE。

和搭档讲解的内容与反馈

• 主要还是参照老师的ch09测试，对其进行了一遍解析与查找知识点
• 关于动态内存反馈中malloc,调用malloc要用free,即其是在堆上分配内存
• 关于linux存储器映射，p586中给出一个例子 bufp=Mmap(NULL,size,PROT_READ,MAP_PRIVATE|MAP_ANON,0,0),映射匿名对象，flags由描述被影射对象类型的位组成。bufp包含新区域的地址
• 局部性原则保证程序趋向在活动页面集合上工作，从而虚拟存储器工作良好
• IA32的虚拟地址空间是
• X86-64 最大可能虚拟地址可为2^64 - 1
• 虚拟内存提供的重要能力有：把主存看成磁盘上地址空间的缓存；为进程提供一致的地址空间，简化了内存管理；保护进程的地址空间不被其他进程破坏
• 通过对课后测试的练习，以及对课下测试的共同研讨，感觉对第九章虚拟内存的掌握更加深入。

参考资料

• 《深入理解计算机系统V3》学习指导