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💭 写在前面:本文将学习《深入理解计算机系统》虚拟内存部分,CSAPP 是计算机科学经典教材《Computer Systems: A Programmer's Perspective》的缩写,该教材由Randal E. Bryant和David R. O'Hallaron 合著。 📜 本章目录: 0x00 回顾:进程的概念(Processes) 0x01 私有地址空间的错觉 0x02 地址空间(Address Spaces) 0x03 虚拟机作为内存管理的工具 0x04 启用数据结构:页表 0x05 虚拟内存和硬盘 0x06 页表的内存保护 0x00 回顾:进程的概念(Processes)"Definition: A process is an instance of a running program" 📚 定义:进程是正在运行的程序的实例。 可以这么说:当可执行文件被加载到内存中时,该程序就成为了一个进程。 进程可谓是计算机科学中最成功的想法之一。不同于 "程序" 或 "处理器"。进程具有程序执行的上下文(状态)的能力。进程为每个程序提供了两个关键抽象: ① 逻辑控制流 (Logical control flow): 每个进程 "似乎" 都有自己的 CPU。由称为上下文切换 (virtual memory) 的内核机制提供。② 私有地址空间 (Private address space) 每个进程 "似乎" 都独占内存 (memory)。由称为虚拟内存 (virtual memory) 的内核机制提供。使用物理地址的系统:用于 "简单 "系统,如汽车、电梯等的嵌入式微控制器。 使用虚拟地址的系统:在所有现代服务器、笔记本电脑和智能手机中使用,计算算机科学中的一个伟大想法。 线性地址空间:连续的非负整数地址的有序集合: 虚拟地址空间: 物理地址空间: 关键思想是让每个进程都有自己的虚拟地址空间,每个进程都可以把内存看作是一个简单的线性阵列,地址转换在物理内存中映射这些地址。 页是地址管理的基本单位(通常为4KB):每个虚拟页将被映射到一个物理页。 允许进程之间共享代码和数据:通过将虚拟页映射到同一物理页。 页表 (page table),是一个页表项(PTE)阵列,将虚拟页映射到物理页。 物理内存(DRAM)中的每进程内核数据结构特殊寄存器(PTBR)告诉CPU页表的地址 并非所有的虚拟页都能被映射到物理页上,因此,我们实际上将所有的虚拟页都存储在硬盘中(其大小相对较大)。而部分虚拟页被加载到物理内存中,这类似于 "缓存 "的概念 页命中 (page hit):对物理内存中的虚拟地址的访问。 页错误 (page fault) 如果访问到了一个不在物理内存中的虚拟地址,就会发生页错误 (page fault),扑了个空。 页错误的处理:页面错误导致 CPU 异常 页错误在 CPU 中引起异常,页错误处理程序会选择一个 "受害者" 将其 逐出 (evicted) 。 下图例子中,VP4 被逐出: 错误指令重新启动:页面命中 (page hit) ! 用权限位扩展PTE,"SUP " 位表示监督者(内核)模式。 你的硬件在每次访问时都会检查这些位。 📜 参考资料 Bryant and O’Hallaron, Computer Systems: A Programmer’s Perspective, Third Edition Microsoft. MSDN(Microsoft Developer Network)[EB/OL]. []. . 百度百科[EB/OL]. []. https://baike.baidu.com/. |
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