CSAPP第九章读书笔记

虚拟内存与缓存的关系（在这一篇中，缓存，内存和物理内存是同样的东西）

虚拟内存被分割为若干个虚拟页，物理内存（也就是主存）也被分割为若干个物理页

虚拟内存开始是被存放在磁盘上的（个人理解），要想被程序使用，先要从磁盘中将内容复制到物理内存中，才可以被使用。

所以虚拟页分为三种：

1.未分配的：虚拟内存还未分配或者创建的虚拟页（我的理解是在linux系统中，每个进程都有4G的虚拟内存，但是并不是都要用4G的内存，所以有很大一部分虚拟内存中完全没有数据，这一部分的虚拟页就是未分配的），这一部分是不占用磁盘空间的。

2.未缓存的：虚拟页已经被创建了（就是虚拟页中存在有用的数据，但是没有被加入到缓存中），这一部分占用磁盘空间，但是不占用内存空间

3.缓存的：这一部分是已经加入到缓存中的，这一部分既占用磁盘空间，又占用缓存空间。

页表就是判断虚拟内存中每一页是否被加入缓存的表格，页表的每一行被称为页表条目（PTE）都代表了虚拟内存的一页（单级页表是这样，多级页表的每一列代表了一片，片是由若干页构成的），页表时存储在缓存中的

页命中就是当使用到某一虚拟页时，如果该虚拟页的PTE中的有效位时1.就是命中了。如果是0，就是没有命中，本质上说就是如果所用的虚拟页已经存入内存了，就是命中了，如果没有存入就是未命中。

缺页就是没有命中，如果发生缺页，会执行缺页异常，整个过程如下：

1.通过PTE发现所需虚拟页不在缓存中

2.触发缺页异常，在缓存中设置牺牲页（牺牲页就是准备把所需的虚拟页加入到缓存的位置，可能是空白的物理页，也可能是暂时不用的存放虚拟页的物理页）

3.如果牺牲页上有数据并且发生更改，就将牺牲页的内容放回磁盘中

4.将所需虚拟页存入缓存中

5.重新执行命中虚拟页

页表有一个特殊的功能就是可以带许可位，也就是这块页可以执行那些权限（比如读写等操作）

地址翻译

就是将虚拟地址变成缓存中的物理地址。

物理地址分为物理页号（PPN）和物理地址偏移量（PPO）两部分

虚拟地址分为虚拟页号（VPN）和虚拟地址偏移量（VPO）两部分，

通过VPN可以找到页表中的物理页号（就是除了有效位以外PTE的其他数位），而根据有效位可以判断是否执行缺页异常，

这样就将物理地址的PPN和PPO找到了，这样就完成翻译了。

 

 

整个过程可以参考这个流程图

linux虚拟内存组织

linux是虚拟内存是分段的，比如代码段，数据段等等，用一下的数据结构来记录一个进程中虚拟内存的存储区域

内存映射

就是讲磁盘中的一片地址和虚拟内存关联起来，可以理解为将磁盘中的一片数据存放到虚拟内存中。

这里有个地方比较难以理解：就是本来虚拟内存就是存放在磁盘上的，为什么还要从磁盘上去映射。

这是因为本来虚拟内存可能是4G，但是磁盘上真正占用的空间小于等于4G，如果小于4G的情况下。我想让磁盘上的另一块空间使用虚拟内存的方式存入缓存，就可以使用内存映射的方式。

共享对象的内存映射

内存映射分为两种，一种私有对象，也就是这种映射只能一个进程使用，一种是共享对象，这样可以多个进程共用一个映射对象。

注意：如果有多个进程的虚拟内存中映射了磁盘上的同一份地址空间，那么在缓存中也只会复制一次该磁盘上的内容，如果都是共享对象，就多个进程一起在缓存中修改那一块内容，如果是私有对象，那么就采用写时复制的策略。

fork函数创建子进程时就是采用的这个策略，子进程和父进程的进程信息是在同一块缓存空间中的，但是如果需要修改进程信息都是采用写时复制的策略。所以在子进程创建开始，子进程的信息和父进程时一样的，除了PID号。

 

内存分配器（主要分配的是虚拟内存中堆上内存空间）

内部碎片：内部碎片就是已经被分配出去（能明确指出属于哪个进程）却不能被利用的内存空间；内部碎片是处于（操作系统分配的用于装载某一进程的内存）区域内部或页面内部的存储块。占有这些区域或页面的进程并不使用这个存储块。而在进程占有这块存储块时，系统无法利用它。直到进程释放它，或进程结束时，系统才有可能利用这个存储块。

外部碎片：指的是还没有被分配出去（不属于任何进程），但由于太小了无法分配给申请内存空间的新进程的内存空闲区域。

隐式空闲链表：空闲块的头部存储的是该空闲块的大小

显式空闲链表：除了存储空闲块的大小外，还会存储两个指针，一个指向前一个空闲块，一个指向后一个空闲块。

 

分离的空闲链表：就是将大小相近的空闲链表分成一组，这样减少寻找合适空闲链表的时间

伙伴系统：每一类的大小都是2的幂（linux中就是使用的伙伴系统，但是我现在还不清楚linux如何避免内部碎片的产生）。

垃圾收集器：将堆中不可达的内存都销毁，腾出更多堆栈的空间。