CSAPP--虛擬儲存空間

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虛擬儲存空間

　　虛擬儲存空間(VM)是對主存的一種抽象概念。是硬體一場，硬體地址翻譯，貯存，磁碟檔案和核心軟體的完美互動。他為每個進程提供了一個大的，一致的和私人的地址空間。

• 它將貯存堪稱一個儲存在磁碟上的地址空間的快取，在主存中只儲存活動的地區，並根據需要在磁碟和主存之間來回傳送資料，防止其它進程沒有主存空間可用。
• 它為每個進程提供了一致的地址空間，從而簡化了儲存空間的管理。
• 它保護了每個進程的地址空間不被其他進程破壞。

物理定址和虛擬定址

　　電腦系統的主存由若干位元組組成，每個位元組有唯一的物理地址。在數位訊號處理器，嵌入式微控制器以及Cray超級電腦仍使用這種物理存執。現代處理器使用虛擬定址的定址方式。

虛擬儲存空間作為緩衝的工具　

　　虛擬儲存空間被組織為一個儲存在磁碟上的N個連續的位元組大小的單元數組，每個數組都有唯一的虛擬位址，磁碟上數組的內容被緩衝在貯存中。VM系統將虛擬儲存空間分割為虛擬頁，實體儲存體器分割為物理頁。

　　虛擬頁面的三個不相交子集：

• 未分配的：VM系統還沒有分配的頁，不佔磁碟空間。
• 緩衝的：當前緩衝在實體儲存體器中已指派頁。
• 未緩衝的：沒有緩衝在實體儲存體器中的已指派頁。

頁表：

　　用來判斷一個虛擬頁是否放在DRAM中的某個地方。利用頁表的資料結構，將虛擬頁映射到物理頁，每次地址翻譯硬體將一個虛擬位址轉換為物理地址時都會讀取頁表，作業系統負責維護頁表的內容。（PTE表示虛擬位址空間中每個頁在頁表的固定位移量）

　　

　　

頁命中：

　　表示但CPU讀取VPn中的一個字時，VPn被緩衝在DRAM中，地址翻譯應將將虛擬位址作為一個索引來來定位到PTEn,並讀取。

缺頁：

　　緩衝不命中。調用t缺頁例外處理常式，選擇一個犧牲頁PPt，如果VPt已經修改則拷貝回磁碟，然後將VPn調入到PPt,並修改頁表條目。

分配頁：

　　作業系統分配一個新的虛擬儲存空間頁，在磁碟上建立空間並更新PTEn，使他指向磁碟上這個新建立的頁面。從而分配VPn。

局部性：

　　在任意時刻，程式往往在一個較小的活動頁面集合上工作（工作集）,在初始開銷是，將工作集頁面調度到儲存空間中，接下來對工作集的引用將導致命中，而不會產生額外的磁碟流量。

 

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