2017-2018-1 20155330 《信息安全系统设计基础》第11周学习总结

教材学习内容总结

物理和虚拟寻址

• 计算机系统的主存被组织成一个由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，称为物理寻址。

• 现代处理器使用虚拟寻址的寻址形式。CPU通过生成一个虚拟地址 来访问主存，这个虚拟地址在被送到内存之前先转换成适当的物理地址。将一个虚拟地址转换为物理地址的任务叫做地址翻译。

  地址空间

• 地址空间是一个非负整数地址的有序集合：
  • 线性地址空间：地址空间中的整数是连续的。
  • 线性地址空间：在一个带虚拟内存的系统中，CPU从一个有N=2^(n)个地址的地址空间中生成虚拟地址。

• 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。一个包含N=2^(n)个地址的虚拟地址空间就叫做一个n位地址空间。现代系统通常支持32位或64位虚拟地址空间。

  虚拟内存作为缓存的工具

• 在任意时刻，虚拟页面的集合都分为三个不相交的子集：
  • 未分配的：VM系统还未分配（或创建）的页。未分配的块没有任何数据和它们相关联，因此也就不占用任何磁盘空间。
  • 缓存的：当前已缓存在物理内存中的已分配页。
  • 未缓存的：未缓存在物理内存中的已分配页。
• 页表就是一个页表条目(PTE)的数组。虚拟地址空间中的每个页在页表中一个固定偏移量处都有一个PTE。
• 有效位表明该虚拟页当前是否被缓存在DRAM中。如果设置了有效位，那么地址字段就表示DRAM中相应的物理页的起始位置，这个物理页中缓存了该虚拟页。

• DRAM缓存不命中成为缺页。

  地址翻译

  

• 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

• 利用TLB加速地址翻译：所有的地址翻译步骤都是在芯片上的MMU中执行的。
• 用来压缩页表的常用方法是使用层次结构的页表。
• 访问设备时引荐如何划分虚拟地址和物理地址的位：
  • TLB：利用VPN的位进行虚拟寻址。
  • 页表：用索引它的VPN来标识每个PTE。但这些VPN并不是页表的一部分，也不储存在内存中。

  • 高速缓存：直接映射的缓存是通过物理地址中的字段寻址。

    案例研究：Intel Core i7/Linux 内存系统

• Core i7地址翻译过程

• Linux缺页处理

  内存映射

• 虚拟内存区域可以映射到两种类型的对象中的一种：
  • Linux文件系统中的普通文件：一个区域可以映射到一个普通磁盘文件的连续部分。

  • 匿名文件。

    动态内存分配

• 动态内存分配器维护着一个进程的虚拟内存区域，称为堆。
• 分配器将堆视为一组不同大小的块的集合进行维护。
• 分配器有两种基本风格，都要求应用显式地分配块，不同之处在于由哪个实体来负责释放已分配的块：
  • 显式分配器：显式地释放任何已分配的块。
  • 隐式分配器：要求分配器检测一个已分配块何时不再被程序所使用，那么就释放这个块。也叫做垃圾收集器。
• 显式分配器的要求和目标：
  • 处理任意请求序列。
  • 立即响应请求。
  • 只使用堆。
  • 对齐块（对齐要求）。
  • 不修改已分配的块。
• 分配器的目标就是在整个序列中使峰值利用率U^(n-1)最大化。
• 造成堆利用率很低的主要原因是一种称为碎片的现象。有两种形式：内部碎片和外部碎片。
  • 内部碎片：在一个已分配块比有效载荷大时发生。

  • 外部碎片：当空闲内存合计起来足够满足一个分配请求，但是没有一个单独的空闲块足够大可以来处理这个请求时发生。

    教材学习中的问题和解决过程

• 问题1：

• 问题1解决方案：

代码托管

结对及互评

本周结对学习情况

• 20155321
• 结对学习内容
  - 第9章 虚拟内存
  - 实验四 外设驱动程序

学习进度条

尝试一下记录「计划学习时间」和「实际学习时间」，到期末看看能不能改进自己的计划能力。这个工作学习中很重要，也很有用。
耗时估计的公式
：Y=X+X/N ，Y=X-X/N，训练次数多了，X、Y就接近了。

参考：软件工程软件的估计为什么这么难，软件工程 估计方法

• 计划学习时间:15小时

• 实际学习时间:18小时

参考资料

• 《深入理解计算机系统V3》学习指导