CSAPP第九章：虚拟存储器

为什么需要虚拟存储器：进程需要的地址空间比较大；那么当一个程序没有空间的时候，进程就没有办法运行。

虚拟存储器是对主存的一种抽象；（VM）。虚拟存储器是硬件异常、硬件地址翻译、主存、磁盘文件和内核软件的完美交互；他为每个进程提供一个大的，一致的，私有的地址空间。它在后台沉默。自动的工作

1）他将主存看做是一个存储在磁盘上的地址空间的高速缓存

2）为每个进程提供了一致的的地址空间（0-4G）

3）保护了每个进程的私有空间不被其他线程破坏。

两个角度：1）虚拟存储器是如何工作的。2）应用程序如何使用和管理虚拟存储器。

• 物理寻址：主存从物理地址中取出4字节的字，返回给CPU，CPU将它放到一个寄存器里。
• 虚拟寻址：CPU生成一个虚拟地址访问主存，在访问主存前，这个虚拟地址被先转换成了物理地址。这个过程叫做地址翻译；MMU负责地址翻译；它利用放在主存当中的查询表动态翻译地址；该表的内容有操作系统进行管理。

虚拟地址空间和物理地址空间的对应关系。

9.3 虚拟存储器作为缓存的工具：

1）VM系统是拿主存作为缓存的：虚拟存储器（VM）存储在磁盘上：其实就是扩展的地址空间：对于一个进程来说是4G；图9.3指的是如果物理地址（在内存中）缺页，进行的换页操作。也就是说：。

2）VM系统将虚拟存储器分割为块，称为虚拟页：一般分为3种：未分配的、缓存的、未缓存的。

3）页表;在物理存储器中，由操作系统和MMU管理，一般会有一个虚拟页和相对应的物理页缓存在内存中。页表是一个数据结构，里面存的是指针，对应的物理页存储的才是数据。虚拟页是一个虚类，其基本的对象是页表。一般大小是4KB。

页命中的概念：详见图9-5

缺页不是替换整个页表，而是替换其中的一部分。一个page；相对应的，从虚拟存储器拿出相对应的物理地址放到内存中去。

局部性：页面调度不会太破坏程序的性能，因为局部性保证了在任意时刻，程序往往在一个较小的活动页面工作（工作集）。如果经常发生换页的情况，叫做颠簸。

9.8 用户地址空间映射：图9-31

9.9 动态存储器分配：堆

• 显示分配：new，malloc
• 隐式分配：gc。
• 显示分配注意不要引用野指针（即已经删除了的指针）。
• 分配器通常采用启发式策略来做碎片处理。

9.10 垃圾收集：

• 原因：未能回收已经分配的块：garbage collector
• 基本知识：将存储器视为有向可达图；堆节点视为堆中的分配快；根节点一般是指向堆中的指针。（寄存器或者局部变量、全局变量）也就是说，如果不可达的话，将视为垃圾。
• 收集器可以作为一个和应用并行的独立线程。
• Mark&Sweep：1.输入指针，计算指向的堆的长度，并且mark出来；2.清除掉所有没有mark的对象。保守的收集器

9.11 常见的C语言存储器错误：

• 引用坏指针
• 读未初始化的存储器
• 允许栈缓冲区溢出
• 假定指针的大小和他们指向对象的大小是相同的
• 错位错误
• 引用指针而不是它们所指向的对象
• 误解指针运算
• 引用不存在的变量
• 引用空闲堆块中的数据
• 存储器泄露

小结：

• 虚拟存储器是对主存的一个抽象
• MMU+OS-》PTB