CSAPP：第九章 虚拟内存

CSAPP：第九章 虚拟内存

关键点：虚拟内存、物理内存

9.1 物理地址和虚拟地址9.2 地址空间9.3 虚拟内存作为缓存的公工具

9.1 物理地址和虚拟地址

  计算机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。每个字节都有一个唯一的物理地址（PA）。第一个地址为0，接下来为1，再接下来为2，依次类推。CPU访问内存的最自然方式就是使用物理地址。我们把这种方式称为物理寻址。如图所示。

  现代处理器使用一种称为虚拟地址的寻址方式。使用虚拟寻址，CPU通过生成一个虚拟地址（VA）来访问主存，这个虚拟地址在被送到内存之前先准换成适当的物理地址。将一个虚拟地址转换成物理地址的任务叫做地址翻译。CPU上通过内存管理单元（MMU）来进行翻译的

9.2 地址空间

  地址空间是一个非负整数地址的有序集合。如果地址空间中的整数是连续的，那么我们说它是一个线性的地址空间。一个地址空间的大小由表示最大地址所需要的位数来描述。例如一个N=2^n 个地址的虚拟地址空间就叫做一个n位地址空间，现代操作系统通常支持32位和64位虚拟地址空间。
  一个系统还有一个物理地址空间，对应系统中物理内存中的M个字节。M不要求是2的幂。

9.3 虚拟内存作为缓存的公工具

  概念上，虚拟内存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。每个字节都有唯一的虚拟地址，作为数组的索引。磁盘上数组的内容被缓存在主存中。和存储器层次结构中其他缓存一样，磁盘上（较低层）的数据被分割成块，这些块作为磁盘和主存（较高层）之间的传输单元。VM系统通过将虚拟内存分割成为虚拟页（Virtual Page，VP），每个虚拟页的大小为P = 2^p字节。类似的物理内存也被分割成为物理页（Physical Page，PP），大小也是P字节（物理页也被成为页帧）
  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（或者创建）的页。未分配的块没有任何数据和它们相互关联，因此也不占用任何磁盘空间。
• 缓存的：当前已缓存在物理内存中已分配的页
• 未缓存：未缓存在物理内存中的已分配页