2017-2018-1 20155317 《信息安全系统设计基础》第十一周学习总结

Posted 2020-10-16

2017-2018-1 20155317 《信息安全系统设计基础》第十一周学习总结

教材学习内容总结

1. 为解决内存小而作业大、作业多的矛盾， 以及执行过程中只是把当前运行需要的那部分程序和数据装入内存。 所以，操作系统把各级存储器统一管理起来。就是说， 应该把一个程序当前正在使用的部分放在内存， 而其余部分放在磁盘上，就启动执行它。
2. 操作系统根据程序执行时的要求和内存的实际使用情况， 随机地对每个程序进行换入/换出。 这样， 就给用户提供一个比正式的内存空间大的多的地址空间， 这就是虚拟存储器。所谓虚拟存储器是用户能作为可编址内存对待的存储空间， 在这种计算机系统中虚地址被映射成实地址。简单地说，虚拟存储器：是由操作系统提供的一个假想的特大存储器。就是说， 虚拟存储器并不是实际的内存，它的大小比内存空间大的多； 用户感觉所能使用的“内存”非常大， 但这是操作系统对物理内存的扩充。
3. 它的物质基础是：二级存储器结构、和动态地址转换（DAT)。 机构虚拟存储器的基本特征： 虚拟扩充。 虚拟存储器不是物理上扩充内存空间， 而是逻辑上扩充了内存容量。 部分装入。 每个作业不是全部一次的装入内存， 而是分成若干部分。 离散分配。 一个作业分成多个部分，没有全部装入内存。 即使装入内存的那些部分也不必占用连续的内存空间， 而是“见缝插针”。 多次对换。 在一个进程运行期间， 它所需的全部程序和数就要分成多次调入内存。

• 注意： 虚拟存储器的容量虽然提供了特大的地址空间， 用户在编程时一般不应考虑可用空间有多大。 但是， 虚拟存储器的容量不是无限大的。 它主要受两方面的限制：（1）机器指令中表示地址的二进制数是有限的；（2）外存的容量也是有限的。
•  寻址方式：物理和虚拟寻址早期通过 物理寻址的方式访问主存，即主存中每个字节有一个唯一的物理地址，通过该物理地址，寻找该字节。现在操作系统，通过虚拟寻址。CPU通过一个 虚拟地址来访问主存，该地址在访问主存之前被转换为一个物理地址。其中，转换过程由 位于CPU中的MMU单元，通过访问存储在主存中的页表完成。
• 地址空间的概念线性地址空间：地址空间的数据是连续的，物理地址空间虚拟地址，空间主存中每一个字节都有一个选自物理地址空间的物理地址和一个选自虚拟地址空间的虚拟地址
• 数据映射：虚拟存储器与物理存储器中间的数据传输虚拟存储器 (VM) 被组织为一个由存在在磁盘上的N个连续的字节大小单元组成的数组。每个字节都有一个唯一的虚拟地址作为到数组的索引。磁盘上的内容被缓存在主存中。通过将地址空间的数据进行分块，利用块大小作为磁盘和主存之间的传输单元。其中，VM系统将VM（指被虚拟化的磁盘）分割为称为虚拟页（virtual page ）大小的块，物理存储器（指主存）被分割为称为物理页（也成为页帧）大小的块。物理页与虚拟页等大，通常为4k, 从而完成数据映射。虚拟存储器将主存作为缓存：

 

• VM需要判断一个虚拟页是否被缓存在DRAM中；如果是，需确定存在哪个物理页中。如果不命中，需判断这个虚拟页存在磁盘的哪个位置，在物理存储器中选择一个牺牲页，将虚拟页从磁盘拷贝到DRAM中，并替换该牺牲页，如果该牺牲页数据发生了改变，则需要将该牺牲页写回磁盘。 该过程称为swap。

 

教材学习中的问题和解决过程

• cache和虚拟存储器在原理和功能上有何相同点和不同点

• 解答：Cache是介于cpu和主存之间的存储器，虚拟存储器是介于主存和辅村之间的存储器。Cache用全硬件实现，虚拟存储器在主存和辅村之间用软件实现Cache的命中率必须很高，一般要达到90%以上，才能使访存的速度跟得上cpu的速度。在cpu和Cache之间通常一次传送一个字块，字块的长度是一个主存周期内能调出的信息长度。在虚拟存储器中，辅村是按信息块编址的，块的大小等于虚拟页面的大小，使用时只要把虚拟页号变换成块号即可。这个过程称为外部地址变换。

代码调试中的问题和解决过程