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
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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
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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。
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用来压缩页表的常用方法是使用层次结构的页表。
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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：
| 虚拟地址位数(n) | 虚拟地址数(N) | 最大可能的虚拟地址 |
|---|---|---|
| 8 | 2^(8)=256 | 2^(8)-1=255 |
| 16 | 2^(16)=64K | 2^(16)-1=64K-1 |
| 32 | 2^(32)=4G | 2^(32)-1=4G-1 |
| 48 | 2^(48)=256T | 2^(48)-1=256T-1 |
| 64 | 2^(64)=16384P | 2^(64)-1=16384P-1 |
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
| 代码行数（新增/累积） | 博客量（新增/累积） | 学习时间（新增/累积） | 重要成长 | |
|---|---|---|---|---|
| 目标 | 5000行 | 30篇 | 400小时 | |
| 第一周 | 0/0 | 1/1 | 10/10 | |
| 第二周 | 63/63 | 1/2 | 8/18 | |
| 第三周 | 31/94 | 1/3 | 18/36 | |
| 第四周 | 265/329 | 1/4 | 17/53 | |
| 第五周 | 106/435 | 2/6 | 18/71 | |
| 第六周 | 211/646 | 2/8 | 21/92 | |
| 第七周 | 1420/2066 | 2/10 | 17/109 | |
| 第八周 | 1061/3127 | 1/11 | 17/126 | |
| 第九周 | 1458/4585 | 3/14 | 20/146 | |
| 第十周 | 1410/5995 | 1/15 | 20/166 | |
| 第十一周 | 779/6774 | 2/17 | 18/184 |
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。
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计划学习时间:15小时
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实际学习时间:18小时