2017-2018-1 20155314 《信息安全系统设计基础》第9周学习总结

2017-2018-1 20155314 《信息安全系统设计基础》第9周学习总结

教材学习内容总结

学习目标

• 了解常见的存储技术（RAM、ROM、磁盘、固态硬盘等）
• 理解局部性原理
• 理解缓存思想
• 理解局部性原理和缓存思想在存储层次结构中的应用
• 高速缓存的原理和应用

教材内容提炼

第6章 存储器层次结构

6.1 存储技术

6.1.1 随机访问存储器

1. 随机访问存储器(RAM)(易失性存储器)

   • 分为两类

     • 静态RAM(SRAM)
     • 动态RAM(DRAM)

   • SRAM比DRAM更快，但更贵

   • 传统的DRAM

   • 内存模块(MM)

   • 增强的DRAM

     • 快页模式DRAM(FPM DRAM)
     • 扩展数据输出DRAM(EDO DRAM)
     • 同步DRAM(SDRAM)
     • 双倍数据速率同步DRAM(DDR SDRAM)
     • 视频RAM(VRAM)
2. 只读存储器(ROM)(非易失性存储器)
   • 可编程ROM(PROM)
   • 可擦写可编程ROM(EPROM)
   • 电子可擦除PROM(EEPROM)
   • 闪存(FLASH)
   • 固态硬盘(SSD)
3. 访问主存
   
   • CPU chip：CPU芯片
   • Register file：寄存器文件
   • ALU：算术逻辑单元
   • Bus interface：总线接口
   • System bus：系统总线
   • I/O bridge：I/O桥
   • Memory bus：内存总线
   • Main memory：主存

6.1.2 磁盘存储

1. 磁盘构造

   • 磁盘(disk)：由一个或多个叠放在一起的盘片组成，被封装在一个密封的包装里。整个装置通常被称为磁盘驱动器，简称为磁盘(又称旋转磁盘，以区别基于闪存的固态硬盘(SSD没有移动部分))
     
     • 盘片(platter)：磁盘由盘片构成，每个盘片有两面或者称为表面，表面覆盖着磁性记录材料
     • 磁道(track)：每个表面由一组称为磁道的同心圆组成
     • 扇区(sector)：每个磁道被划分为一组扇区
     • 间隙(gap)：扇区之间由一些间隙分隔开
     • 柱面(cylinder)

2. 磁盘容量

   • 记录密度(recording density)(位/英寸)
   • 磁道密度(track density)(道/英寸)
   • 面密度(areal density)(位/平方英寸)

   计算公式：

3. 磁盘操作
   

   • 磁盘以扇区大小的块来读写数据
   • 访问时间
     • 寻道时间
     • 旋转时间
     • 传送时间

4. 逻辑磁盘块

5. 连接I/O设备

   • 总线
     • 数据总线
     • 控制总线
     • 地址总线
     • 系统总线
     • 存储总线
     • I/O总线
   • 连接到总线的设备
     • 通用串行总线(USB)
     • 图形卡(或适配器)
     • 主机总线适配器
     • 其他设备(如网络适配器)

6. 访问磁盘
   

6.1.3 固态硬盘

<img src="http://images2017.cnblogs.com/blog/1071508/201712/1071508-20171217175127749-1055827420.png" width="90%" />

6.1.4 存储技术趋势

- 不同的存储技术有不同的价格和性能折中
- 不同存储技术的价格和性能属性以截然不同的速率变化着

6.2 局部性

• 局部性原理
• 两种不同的形式
  • 时间局部性
  • 空间局部性
• 有良好局部性的程序比局部性差的程序运行得更快

6.2.1 对程序数据引用的局部性

• 步长为1的引用模式：顺序访问一个向量每个元素
• 步长为k的引用模式：一个连续向量中每隔k个元素进行访问
• 随着步长的增加，空间局部性下降

6.2.2 取指令的局部性

6.2.3 局部性小结

• 重复引用相同变量的程序有良好的时间局部性
• 对于：
  • 具有步长为k的引用模式的程序，步长越小，空间局部性越好
  • 具有步长为1的引用模式的程序有良好的空间局部性
  • 在内存中以大步长跳来跳去的程序的空间局部性会很差
• 对于取指令来说，循环有好的时间和空间局部性。循环体越小，循环迭代次数越多，局部性越好

6.3 存储器层次结构

• 存储技术
• 计算机软件
• 典型的存储器层次结构
  

6.3.1 存储器层次结构中的缓存

• 缓存命中
• 缓存不命中
• 缓存不命中的种类
• 缓存管理

6.3.2 存储器层次结构概念小结

• 利用时间局部性
• 利用空间局部性

6.4 高速缓存存储器

#####6.4.1 通用的高速缓存存储器组织结构

• 高速缓存参数小结

6.4.2 直接映射高速缓存

#####6.4.3 组相联高速缓存 #####6.4.4 全相联高速缓存 #####6.4.5 有关写的问题 #####6.4.6 一个真实的高速缓存层次结构的解剖 #####6.4.7 高速缓存参数的性能影响 ####6.5 编写高速缓存友好的代码 ####6.6 综合：高速缓存对程序性能的影响 #####6.6.1 存储器山 #####6.6.2 重新排列循环以提高空间局部性 #####6.6.3 在程序中利用局部性 ###课后实践：mypwd ####实践要求

加分题-mypwd的实现

1. 学习pwd命令
2. 研究pwd实现需要的系统调用(man -k; grep),写出伪代码
3. 实现mypwd
4. 测试mypwd

提交过程博客的链接

思想

• 直接调用函数getcwd()

  getcwd()会将当前工作目录的绝对路径复制到参数buffer所指的内存空间中，参数maxlen为buffer的空间大小。可以采取令buffer为NULL来使getcwd()调用malloc给buffer动态分配空间。

代码

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
int main(){
    printf("当前路径为:%s
",getcwd(NULL,0));
    return 0;
}

运行截图

代码调试中的问题和解决过程

无法打开Y86-64模拟器界面

解决方法

这是Y86-64模拟器的Makefile中配置GUI相关路径错误导致的，解决方法是将两个GUI路径分别设置为TKLIBS=-L/usr/lib -ltk8.5 -ltcl8.5和TKINC=-I/usr/include/tcl8.5即可，如下图：

成功打开Y86-64模拟器：

代码托管

上周考试错题总结

CH03

1. 假设用ADD指令完成C表达式t=a+b的功能，有关条件码寄存器的说法正确的是（）

   A. 若t==0 ，则ZF=1

   B. 若t<0, 则CF=1

   C. 若t<0, 则SF=1

   D. 若（a<0==b<0）&&(t<0 != a<0), 则OF=1

   E. 若（a<0==b<0）&&(t<0 != a<0), 则CF=1

   F. leaq指令不影响条件码寄存器

   G. cmp指令不影响条件码寄存器

   【错选】A B D G

   【答案】A D F

   【解析】参考课本p135

2. 以下代码是将void decode1(long *xp, long *yp, long *zp)反汇编的结果，下面说法正确的是（）

   

   A. 从汇编代码看出，decode1的参数先入栈的是zp

   B. 从汇编代码看出，decode1的参数先入栈的是xp

   C. 函数功能等价于 t=x; x=y; y=z; z=t;

   D. 函数功能等价于 x=y; y=z; z=x;

   【错选】B C

   【答案】C

3. 对于图中内存地址和寄存器的值，下面说法正确的是（）

   

   A. %rax的值是0x100

   B. (%rax)的值是0x100

   C. (%rax)的值是0x104

   D. (%rax)的值是0xFF

   E. 4(%rax)的值是0xAB

   F. (%rax,%rcx,4)的值是0xAB

   G. (%rax,%rcx,4)的值是0x104

   【错选】A D E

   【答案】A D E F

   【解析】参考课本p121

CH08

1. 有关exec系列函数，下面说法正确的是（）

   A. 可以用char[][] 来传递argv

   B. 进程调用了exec系列函数后，pid会变

   C. 进程调用了exec系列函数后，代码会改变

   D. system（）和exec系列等价

   E. exec系列函数中带e的要传入环境变量参数

   F. exec系列函数中带v的要传入环境变量参数

   【错选】A C E

   【答案】C E

   【解析】不能用char[][] 来传递argv，结尾的0（null）无法处理;system=fork+exec+wait;

2. 有关wait类系统调用，说法正确的是（）

   A. wait(&status) 等价于waitpid（-1, &status, 0）

   B. 父进程中执行waitpid, 等待集合中的所有子进程结束了才返回

   C. 父进程中执行waitpid, 等待集合中的任一子进程结束了才返回

   D. 子进程中的退出状态在wait的status参数返回

   【错选】A B D

   【答案】A C D

   【解析】参考课本p516 517 518

3. 有关fork（），下面说法正确的是（）

   A. 一次调用，两次返回

   B. 子进程中，fork()返回子进程PID

   C. 子进程可以读写父进程中打开的文件

   D. 子进程和父进程的用户级虚拟地址空间相同但独立

   【错选】A D

   【答案】A C D

   【解析】参考课本p514

4. 关于代码 int main(){} 说法正确的是（）

   A. 返回值是0

   B. 返回值不确定

   C. 会调用exit(0)

   D. 返回值大于0

   E. 上面代码运行完，在命令行中运行echo $? 的值是0

   【错选】A E

   【答案】A C E

   【解析】main中不调用exit,会补上exit(0)

5. 用户进程可以通过（）访问内核代码和数据

   A. 特权指令

   B. 系统调用

   C. 模式位

   D. 程序计数器

   【错选】C

   【答案】B

   【解析】参考课本p510

6. 进程上下文包括程序的（ ）

   A. 代码和数据

   B. 栈

   C. 通用寄存器中的内容

   D. 程序计数器

   E. 环境变量

   F. 打开的文件描述符的集合

   【错选】B C D F

   【答案】A B C D E F

   【解析】参考课本p508

7. Linux中，信号（Signal）是一种（）异常控制流。

   A. 硬件层

   B. 操作系统层

   C. 用户层

   D. 网络层

   【错选】B

   【答案】C

   【解析】参考课本p501

结对及互评

本周结对学习情况

• 20155323
• 结对学习内容
  • 教材第1章 计算机系统漫游

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	200/200	2/2	20/20

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:5小时

• 实际学习时间:2小时

参考资料

• 《深入理解计算机系统V3》学习指导
• IEEE 754 Calculator
• GNU Linux核心命令和工具的源代码路径
• mac 自带 ftp工具