2017-2018-1 20155330 《信息安全系統設計基礎》第11周學習總結

教材學習內容總結

物理和虛擬尋址

• 計算機系統的主存被組織成一個由M個連續的字節大小的單元組成的數組。每字節都有一個唯一的物理地址。
• CPU訪問內存的最自然的方式就是使用物理地址，稱為物理尋址。

• 現代處理器使用虛擬尋址的尋址形式。CPU通過生成一個虛擬地址 來訪問主存，這個虛擬地址在被送到內存之前先轉換成適當的物理地址。將一個虛擬地址轉換為物理地址的任務叫做地址翻譯。

  地址空間

• 地址空間是一個非負整數地址的有序集合：
  • 線性地址空間：地址空間中的整數是連續的。
  • 線性地址空間：在一個帶虛擬內存的系統中，CPU從一個有N=2^(n)個地址的地址空間中生成虛擬地址。

• 一個地址空間的大小是由表示最大地址所需要的位數來描述。一個包含N=2^(n)個地址的虛擬地址空間就叫做一個n位地址空間。現代系統通常支持32位或64位虛擬地址空間。

  虛擬內存作為緩存的工具

• 在任意時刻，虛擬頁面的集合都分為三個不相交的子集：
  • 未分配的：VM系統還未分配（或創建）的頁。未分配的塊沒有任何數據和它們相關聯，因此也就不占用任何磁盤空間。
  • 緩存的：當前已緩存在物理內存中的已分配頁。
  • 未緩存的：未緩存在物理內存中的已分配頁。
• 頁表就是一個頁表條目(PTE)的數組。虛擬地址空間中的每個頁在頁表中一個固定偏移量處都有一個PTE。
• 有效位表明該虛擬頁當前是否被緩存在DRAM中。如果設置了有效位，那么地址字段就表示DRAM中相應的物理頁的起始位置，這個物理頁中緩存了該虛擬頁。

• DRAM緩存不命中成為缺頁。

  地址翻譯

• 地址翻譯是一個N元素的虛擬地址空間（VAS）中的元素和一個M元素的物理地址空間(PAS)中元素之間的映射

• 利用TLB加速地址翻譯：所有的地址翻譯步驟都是在芯片上的MMU中執行的。
• 用來壓縮頁表的常用方法是使用層次結構的頁表。
• 訪問設備時引薦如何劃分虛擬地址和物理地址的位：
  • TLB：利用VPN的位進行虛擬尋址。
  • 頁表：用索引它的VPN來標識每個PTE。但這些VPN并不是頁表的一部分，也不儲存在內存中。

  • 高速緩存：直接映射的緩存是通過物理地址中的字段尋址。

    案例研究：Intel Core i7/Linux 內存系統

• Core i7地址翻譯過程

• Linux缺頁處理

  內存映射

• 虛擬內存區域可以映射到兩種類型的對象中的一種：
  • Linux文件系統中的普通文件：一個區域可以映射到一個普通磁盤文件的連續部分。

  • 匿名文件。

    動態內存分配

• 動態內存分配器維護著一個進程的虛擬內存區域，稱為堆。
• 分配器將堆視為一組不同大小的塊的集合進行維護。
• 分配器有兩種基本風格，都要求應用顯式地分配塊，不同之處在于由哪個實體來負責釋放已分配的塊：
  • 顯式分配器：顯式地釋放任何已分配的塊。
  • 隱式分配器：要求分配器檢測一個已分配塊何時不再被程序所使用，那么就釋放這個塊。也叫做垃圾收集器。
• 顯式分配器的要求和目標：
  • 處理任意請求序列。
  • 立即響應請求。
  • 只使用堆。
  • 對齊塊（對齊要求）。
  • 不修改已分配的塊。
• 分配器的目標就是在整個序列中使峰值利用率U^(n-1)最大化。
• 造成堆利用率很低的主要原因是一種稱為碎片的現象。有兩種形式：內部碎片和外部碎片。
  • 內部碎片：在一個已分配塊比有效載荷大時發生。

  • 外部碎片：當空閑內存合計起來足夠滿足一個分配請求，但是沒有一個單獨的空閑塊足夠大可以來處理這個請求時發生。

    教材學習中的問題和解決過程

• 問題1：

• 問題1解決方案：

虛擬地址位數(n)虛擬地址數(N)最大可能的虛擬地址

8	2^(8)=256	2^(8)-1=255
16	2^(16)=64K	2^(16)-1=64K-1
32	2^(32)=4G	2^(32)-1=4G-1
48	2^(48)=256T	2^(48)-1=256T-1
64	2^(64)=16384P	2^(64)-1=16384P-1

代碼托管

結對及互評

本周結對學習情況

• 20155321
• 結對學習內容
  - 第9章 虛擬內存
  - 實驗四 外設驅動程序

學習進度條

代碼行數（新增/累積）博客量（新增/累積）學習時間（新增/累積）重要成長

目標	5000行	30篇	400小時
第一周	0/0	1/1	10/10
第二周	63/63	1/2	8/18
第三周	31/94	1/3	18/36
第四周	265/329	1/4	17/53
第五周	106/435	2/6	18/71
第六周	211/646	2/8	21/92
第七周	1420/2066	2/10	17/109
第八周	1061/3127	1/11	17/126
第九周	1458/4585	3/14	20/146
第十周	1410/5995	1/15	20/166
第十一周	779/6774	2/17	18/184

嘗試一下記錄「計劃學習時間」和「實際學習時間」，到期末看看能不能改進自己的計劃能力。這個工作學習中很重要，也很有用。
耗時估計的公式
：Y=X+X/N ，Y=X-X/N，訓練次數多了，X、Y就接近了。

參考：軟件工程軟件的估計為什么這么難，軟件工程 估計方法

• 計劃學習時間:15小時

• 實際學習時間:18小時

參考資料

• 《深入理解計算機系統V3》學習指導

轉載于:https://www.cnblogs.com/ashin-kl/p/7921463.html

總結

以上是生活随笔為你收集整理的2017-2018-1 20155330 《信息安全系统设计基础》第11周学习总结的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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