CSAPP第七章概念

Posted 2020-11-24 柠檬味呀

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了CSAPP第七章概念相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

CSAPP第九章概念

1.虚拟地址数=2^(虚拟地址位数)

最大可能的虚拟空间=虚拟地址数-1

使用虚拟寻址，CPU需要将虚拟地址转换成物理地址，这样才能访问真实的物理内存

concepts:1)VM on disk,PM (DRAM cache)

2)page--cache blocks

3.page tables :an array of PTEs(page table entry) that map VP to PP

虚拟内存空间被组织为一个存放在硬盘上的M个连续的字节大小的单元组成的数组，每个字节都有一个唯一的虚拟地址

页数=虚拟地址数/页大小，每个页都需要一个PTE

操作系统通过将虚拟内存分割为大小固定的块来作为硬盘和内存之间的传输单位，这个块被称为虚拟页（Virtual Page, VP），每个虚拟页的大小为P=2^p字节。物理内存也会按照这种方法分割为物理页（Physical Page, PP），大小也为P字节。

CPU在获得虚拟地址之后，需要通过MMU将虚拟地址翻译为物理地址。而在翻译的过程中还需要借助页表

VP1,VP2,VP7,VP4被缓存到物理内存中（cached)，VP3,VP6已被分配但尚未缓存到物理内存(uncached)，VP0和VP5尚未分配(unallocated)

4.page hit

MMU根据虚拟地址在页表中寻址到PTE4，有效位为1，说明已经缓存到物理内存中，根据页表映射关系，指向PP1

5.page fault

虚拟页没有缓存在物理内存中

page fault execute page fault handler in kernel

page fault handler 选一个victim 在下述例子中选的是存放在PP3的VP4

如果牺牲页已被修改过，内核会先将它复制回硬盘（采用写回机制而不是直写也是为了尽量减少对硬盘的访问次数）

Kernel从disk复制VP3到PP3,更新PTE3

page fault handler 返回，重新执行导致缺页的命令

KEY POINT:demand paging

wait until the miss to copy the page to DRAM

In a system that uses demand paging, the operating system copies a disk page into physical memory only if an attempt is made to access it and that page is not already in memory (i.e., if a page fault occurs). It follows that a process begins execution with none of its pages in physical memory, and many page faults will occur until most of a process\'s working set of pages are located in physical memory.

6.局部性

根据空间局部性原则（一个被访问过的内存地址以及其周边的内存地址都会有很大几率被再次访问）与时间局部性原则（一个被访问过的内存地址在之后会有很大几率被再次访问），只要将工作集缓存在物理内存中，接下来的地址翻译请求很大几率都在其中，从而减少了额外的硬盘流量。

if(working set size<main memory size) after cold miss good performance for one process

if(working set size>main memory size)thrashing thrashing occurs when a computer\'s virtual memory resources are overused, leading to a constant state of paging and page faults, inhibiting most application-level processing.

Main memory refers to physical memory that is internal to the computer.

7.保护

由于CPU每次进行地址翻译的时候都需要经过PTE，所以如果想控制内存系统的访问，可以在PTE上添加一些额外的许可位（例如读写权限READ WRITE、内核权限SUP 等），这样只要有指令违反了这些许可条件，CPU就会触发一个一般保护故障，将控制权传递给内核中的异常处理程序。一般这种异常被称为段错误（Segmentation Fault）

运行在用户模式下的进程只允许访问那些SUP为0的页面

8.地址翻译

1)concepts

VA组成部分

VPN:virtual page number

VPO:virtual page offset

TLBI:TLB index

TLBT:TLB tag

PA组成部分

PPO:physical page offset(same as VPO)

PPN:physical page number

CO:cache offset