几个概念
- 程序
存储在磁盘上的文件，在执行的时候加载如内存 - 内存
分为DRAM，和SRAM
DRAM：可以就看成我们买的内存条
SRAM：可以就看是CPU中的一二三级缓存
虚拟内存
好处：
- 将主存（DRAM）进行抽象，通过分页机制，实现：主存中保存活动的区域，并根据需要（缺页异常和正常存取）在主存之间传送数据。高效的使用了主存
- 为进城提供一直的地址空间，简化内存管理，和程序的链接
- 保护每个进城的地址空间不被其他进程破坏。
程序和DRAM
DRAM可以看做是一个M个连续字节大小的数组，每个字节都有唯一的地址：物理地址。
CPU直接访问DRAM使用物理地址的方式成为：物理寻址。
早起程序使用物理寻址，但是目前大多使用虚拟寻址。目前仍有一些特殊的机器使用物理寻址。
虚拟寻址
指的是：CPU访问DRAM的地址不是物理地址，称为虚拟地址。需要由CPU中的内存管理单元（MMU）将虚拟地址转换为物理地址。然后MMU利用转换得到的物理地址发给DRAM，DRAM将数据直接送给CPU。
虚拟寻址主存
虚拟内存VM
在物理内存上面抽象出的一层成为虚拟内存，主要是用来管理物理内存的。
虚拟内存对应一个虚拟地址空间，物理内存对应一个物理地址空间。也就是两个M字节的连续数组。分别两种寻址方式。
其中虚拟内存中的某个地址对应物理内存中的某个地址，可以使一对多的关系。
虚拟页
VM将内存又划分为很多的小块，每块大4K，不固定，可变，以后用P表示一个页的大小，每个单位成为虚拟页
同时物理内存页被分页，每个单位成为页帧
虚拟内存通过分页机制达到将将程序的活动部分加载进内存。
可以理解为，将程序也按照每块P大小分割，并不全部将程序加载进内存，而是在需要那一页的时候，将这一页加载进内存。（这里涉及到缺页异常）
每个页可能有如下三种不想交的状态，每个时刻只能有一种：
- 未分配
指的是，VM中的一页，并没有被使用。所以这一虚拟页没有对应的页帧（物理内存的一页）。 - 未缓存
指的是，虚拟页被内存使用，相当于一个变量被声明。但是还没有定义。所以，只是在VM中占用，但是还没有分配页帧。（没有分配页帧的意思是，对应的值没有加载进物理内存） - 以缓存
值得是，VM中的虚拟页，已经连接到页帧，同时也从磁盘中读取数据存储在对应的页帧。
内存做缓存
图上说是虚拟页存储在磁盘上？大哥，主存是缓存，虚拟页怎么可能比缓存慢。
页表条目（Page Table Entry）维护了虚拟页到页帧的转换，由操作系统维护。
页表条目存储在物理内存中。
页表条目每一项由：有效位，和物理页号组成。
有效位指的是：1该虚拟页已经指向页帧（以缓存），0该虚拟页没有被使用或者已使用但是未指向页帧（未分配和未缓存）。
物理页号，指的是虚拟页指向的页帧地址。
虚拟页->页帧
指向物理内存的是以缓存，指向VP的是未缓存，NULL的代表未分配。
除了有效位以外，页表中还可以存储其他的信息，比如是否可读之类的。
页命中
命中可以理解成，当CPU取数据的时候，能够直接主存中获取，成为命中。如果数据还没有存进主存成为未命中。
在虚拟内存中，DRAM缓存不命中成为缺页。
当CPU读取数据的时候回发生两种情况：
1. 虚拟地址指向的表项PTE中有效位为0
可能是未缓存或者是未分配，这时候触发一个缺页异常！
linux下，MMU试图翻译一个虚拟地址A时，触发一个缺页。这个异常导致控制转移到内核的缺页处理程序：：
- 确认A地址是合法。
缺页处理程序搜索区域结构的链表，把A和每个区域结构中的vm_start和vm_end做比较。如果指令不合法，发生一个段错误segmatation fault,结束程序。
因为A地址可能是个函数，或是堆上或是栈上数据，所有要每个都搜索。 - 地址合法的情况下，确认是否有权限
也就是，进城是否又读写或执行该区域内页帧的权限。 - 权限合法的情况下，加载进主存
当物理内存未满的情况下，可能是直接找个空闲的地方加载页帧。（不知道啊。书上都没写。可能是这样）
否则，缺页处理程序在物理内存中选择一个牺牲页，然后，如果该牺牲也被修改过了，那么将页帧内容写会磁盘。然后将新的磁盘内容加载进页帧。同时更新页表。
当缺页处理程序返回的时候，CPU重新启动引起缺页的指令，这时候A已经是以缓存的。正常读取。
选择牺牲页，应该是又算法的，局部性原理。
其中在第一部搜索接受的时候，结构是这样的：
每个线程都有的结构
缺页之前：
image.png
缺页处理程序返回之后：
image.png
当我工作集超出了物理内存的大小，会产生抖动，页面将不断的换进换出。
虚拟页与共享库
当多个程序调用同一个共享库时，程序没必要为每一个程序加载一次共享库。
而是不同程序的虚拟页指向同一页帧。
产生了多对一的情形：
不同程序的虚拟页对应同一页帧
共享页面
页面调度和虚拟地址空间的结合有点：
- 简化程序链接
每个程序可以采用相同基本格式，从同一虚拟地址开始。 - 简化加载
当程序加载进内存的时候，只需要分配虚拟页，而不必加载进页帧。当需要的时候，发生缺页异常，然后加载。按需加载。 - 简化共享
方便共享库的加载。 - 简化内存分配
在虚拟地址空间中连续的地址，在物理地址空间中不一定连续。
也就是程序在堆栈中分配的地址，在物理空间中可能并不是连续的。
地址翻译过程
- 处理器生成虚拟地址传送给MMU
- MMU生成PTE地址，并从主存或高速缓存请求，去访问的是页表条目。应该是将整一项返回给MMU
- 高速缓存（查找页表条目）以后返回一项给MMU
命中情况下
- MMU根据返回的PTE（此时PTE的有效位为1)构造物理地址，再次发送给主存
- 主存直接读取数据，发送给CPU
页面命中
缺页
- PTE有效位为0，MMU触发缺页异常。CPU中的控制转移到内核中的缺一处理程序
- 确定牺牲页，替换。缺页处理程序更新PTE
- 确立处理程序返回，CPU再次执行导致缺页的程序
TLB缓存
CPU每次请求，MMU都去查找一次过于浪费。
因此MMU中有一个翻译后背缓冲器（Tanslation Lookaside Buffer）
在上面的第2部时。变为：MMU去查找TLB，如果没查找到，再去主存中查找页表条目。返回后跟新TLB。
TLB
页表分级
image.png
暂时不是很懂。不过有点理解吧
二. linux虚拟内存系统
execve函数
调用execve函数以后执行以下步骤
- 删除已存在的用户区域
删除当前进程虚拟地址中用户部分已存在的结构，.text，.data等 - 映射私有区域
为因程序的代码，数据，bss和站区域创建新的结构。
这些区域都是私有的，代码区和数据区映射对应文件的.text，.data。而.bss映射到匿名文件，其大小保存在要执行的文件中。 - 映射共享区域
如果要执行的程序调用了共享库之类的，那么需要将这些库映射到用户虚拟空间中的共享区域。 - 设置程序计数器（PC）
最后一件事情是设置进程上下文中的程序计数器，使其指向代码区域的入口点。
加载器执行程序
图中请求二进制0的地方，为映射到匿名文件
mmap()。
动态内存分配
分配器指的是new,delete,malloc,free这些。
分为显示分配器，如上面的四个，也就是需要用户手动释放
隐式分配器也就是垃圾收集器，比如java等语言。
malloc实现
#include <stdlib.h>
void *malloc(size_t size);
返回一个void *指针，可以隐式转化为任意类型。
其分配的块总是对其的。32下为8的倍数，64位下是16的倍数。
malloc并不初始化其分配的内存，calloc初始化。
malloc的实现，基于mmap()和sbrk()。
#include <unistd.h>
void *sbrk(intptr_t incr);
以后补
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