CSAPP--虚拟存储器

虚拟存储器

　　虚拟存储器(VM)是对主存的一种抽象概念。是硬件一场，硬件地址翻译，贮存，磁盘文件和内核软件的完美交互。他为每个进程提供了一个大的，一致的和私有的地址空间。

• 它将贮存堪称一个存储在磁盘上的地址空间的高速缓存，在主存中只保存活动的区域，并根据需要在磁盘和主存之间来回传送数据，防止其它进程没有主存空间可用。
• 它为每个进程提供了一致的地址空间，从而简化了存储器的管理。
• 它保护了每个进程的地址空间不被其他进程破坏。

物理寻址和虚拟寻址

　　计算机系统的主存由若干字节组成，每个字节有唯一的物理地址。在数字信号处理器，嵌入式微控制器以及Cray超级计算机仍使用这种物理存执。现代处理器使用虚拟寻址的寻址方式。

虚拟存储器作为缓存的工具　

　　虚拟存储器被组织为一个存储在磁盘上的N个连续的字节大小的单元数组，每个数组都有唯一的虚拟地址，磁盘上数组的内容被缓存在贮存中。VM系统将虚拟存储器分割为虚拟页，物理存储器分割为物理页。

　　虚拟页面的三个不相交子集：

• 未分配的：VM系统还没有分配的页，不占磁盘空间。
• 缓存的：当前缓存在物理存储器中已分配页。
• 未缓存的：没有缓存在物理存储器中的已分配页。

页表：

　　用来判断一个虚拟页是否放在DRAM中的某个地方。利用页表的数据结构，将虚拟页映射到物理页，每次地址翻译硬件将一个虚拟地址转换为物理地址时都会读取页表，操作系统负责维护页表的内容。（PTE表示虚拟地址空间中每个页在页表的固定偏移量）

　　

　　

页命中：

　　表示但CPU读取VPn中的一个字时，VPn被缓存在DRAM中，地址翻译应将将虚拟地址作为一个索引来来定位到PTEn,并读取。

缺页：

　　缓存不命中。调用t缺页异常处理程序，选择一个牺牲页PPt，如果VPt已经修改则拷贝回磁盘，然后将VPn调入到PPt,并修改页表条目。

分配页：

　　操作系统分配一个新的虚拟存储器页，在磁盘上创建空间并更新PTEn，使他指向磁盘上这个新创建的页面。从而分配VPn。

局部性：

　　在任意时刻，程序往往在一个较小的活动页面集合上工作（工作集）,在初始开销是，将工作集页面调度到存储器中，接下来对工作集的引用将导致命中，而不会产生额外的磁盘流量。