2017-2018-1 20155215 《信息安全系统设计基础》第11周学习总结

教材学习内容总结

目标内容：

1. 理解虚拟存储器的概念和作用
2. 理解地址翻译的概念
3. 理解存储器映射
4. 掌握动态存储器分配的方法
5. 理解垃圾收集的概念
6. 了解C语言中与存储器有关的错误

• 第十一章：

• 虚拟存储器

• 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。

• 将主存看作是一个存储在磁盘上的地址空间的高速缓存，在主存中只保护活动的区域，并根据需要在磁盘和主存之间来回传送数据；

• 保护了每个进程的地址空间不被其它进程破坏。

• 虚拟存储器是中心的

• 虚拟存储器是强大的

• 物理和虚拟寻址

• 物理地址PA
• 计算机系统的主存被组织成一个由M个连续的字节大小的单元组成的数组，每字节都有一个唯一的物理地址PA。根据物理地址寻址的是物理寻址。
• 地址翻译

• 使用虚拟寻址时，CPU通过生成一个虚拟地址VA来访问主存，这个虚拟地址在被送到存储器之前先转换成适当的物理地址，相关硬件为存储器管理单元MMU。

• DRAM缓存的组织结构

不命中处罚很大
是全相联的——任何虚拟页都可以放在任何的物理页中。
替换算法精密
总是使用写回而不是直写。

• 页表

页表：是一个数据结构，存放在物理存储器中，将虚拟页映射到物理页，就是一个页表条目的数组。
页表就是一个页表条目PTE的数组。
PTE：由一个有效位和一个n位地址字段组成的，表明了该虚拟页是否被缓存在DRAM中。 页表的组成：有效位+n位地址字段
如果设置了有效位
地址字段表示DRAM中相应的物理页的起始位置，这个物理页中缓存了该虚拟页。
如果没有设置有效位：
空地址：表示该虚拟页未被分配
不是空地址：这个地址指向该虚拟页在磁盘上的起始位置。

• 缺页

• DRA缓存不命中称为缺页。在不命中发生时，换入页面的策略称为按需页面调度。

• 颠簸：工作集大小超出了物理存储器的大小。

• 简化链接：独立的地址空间允许每个进程的存储器映像使用相同的基本格式，而不管代码和数据实际存放在物理存储器的何处。
• 简化加载：虚拟存储器使得容易想存储器中加载可执行文件和共享文件对象。
• 简化共享：独立地址空间为操作系统提供了一个管理用户进程和操作系统自身之间共享的一致机制。

• 简化存储器分配：虚拟存储器为向用户进程提供一个简单的分配额外存储器的机制。

• PTE的三个许可位：
• SUP：表示进程是否必须运行在内核模式下才能访问该页
• READ：读权限

• WRITE：写权限

• 动态存储器分配

• 碎片

• 内部碎片：发生在一个已分配块比有效载荷大的时候易于量化。

• 外部碎片：发生在当空闲存储器合计起来足够满足一个分配请求，但是没有一个单独的空间块足以处理这个请求时发生
  难以量化，不可预测。

• 垃圾收集

教材学习中的问题和解决过程

• 问题1：为什么每个进程的内核页表需要单独分配存储空间？

• 问题1解决方案：操作系统开启分页后，每个进程有自己独立的页目录与页表，cpu操作内存会自动将当前线性地址转换为物理地址（MMU负责），然后再放在地址总线上。所以每个进程即使访问相同的线性地址会最终对应到不同的物理地址，因为他们的pde与pte不同。

• 问题2：内部碎片和外部碎片的区别是什么？

• 问题2解决方案：要搞清楚内部碎片与外部碎片的区别首先要明白分页与分段
  为了有效的利用内存，使内存产生更少的碎片，要对内存分页，内存以页为单位来使用，最后一页往往装不满，于是形成了内部碎片。为了共享要分段，在段的换入换出时形成外部碎片，比如5K的段换出后，有一个4k的段进来放到原来5k的地方，于是形成1k的外部碎片。

代码调试中的问题和解决过程

• 问题1：暂无

代码托管

（statistics.sh脚本的运行结果截图）

上周考试错题总结

• 有关高速缓存的说法正确的是（）
  A .
  高速缓存的容量可以用C=SEB 来计算
  B .
  高速缓存容量为2048，高速缓存结构为（ 32 ，8，8，32）
  C .
  直接映射高速缓存要：组选择、行匹配、字抽取

D .
当程序访问大小为2的幂的数组时，直接映射高带缓存中常发生冲突不命中
正确答案： A C D 你的答案： A B

• The following table gives the parameters for a number of different caches. For
  each cache, determine the number of cache sets (S), tag bits (t), set index bits (s),
  and block offset bits (b)

Image 4.png
A .
第三行S为1
B .
第一行t为24
C .
第二行b为5
D .
第三行s的值为0
正确答案： A C D 你的答案： A D

• 下面代码中（）局部性最差

1 #define N 1000
2 3
typedef struct {
4 int vel[3];
5 int acc[3];
6 } point;
7 8
point p[N];

A .
1 void clear1(point p, int n)
2 {
3 int i, j;
4 5
for (i = 0; i < n; i++) {
6 for (j = 0; j < 3; j++)
7 p[i].vel[j] = 0;
8 for (j = 0; j < 3; j++)
9 p[i].acc[j] = 0;
10 }
11 }
B .
1 void clear2(point p, int n)
2 {
3 int i, j;
4 5
for (i = 0; i < n; i++) {
6 for (j = 0; j < 3; j++) {
7 p[i].vel[j] = 0;
8 p[i].acc[j] = 0;
9 }
10 }
11 }
C .
1 void clear3(point *p, int n)
2 {
3 int i, j;
4 5
for (j = 0; j < 3; j++) {
6 for (i = 0; i < n; i++)
7 p[i].vel[j] = 0;
8 for (i = 0; i < n; i++)
9 p[i].acc[j] = 0;
10 }
11 }
D .
不确定
正确答案： C 你的答案： B

• 程序中（）语句具有良好的局部性
  A .
  顺序
  B .
  分支
  C .
  循环
  D .
  以上都是
  正确答案： C 你的答案： A

• 有关局部性原理，说法正确的是（）
  A .
  程序访问一个向量，步长越小或短，空间局部性越好
  B .
  局部性有两种形式：空间局部性，时间局部性
  C .
  程序访问一个向量，步长越大空间局部性越好。
  D .
  硬件、OS，应用程序都会用到局部性原理
  正确答案： A B D 你的答案： A B

• 下面说法正确的是（）
  A .
  CPU通过内存映射I/O向I/O设备发命令
  B .
  DMA传送不需要CPU的干涉
  C .
  SSD是一种基于闪存或Flash的存储技术
  D .
  逻辑磁盘块的逻辑块号可以翻译成一个（盘面，磁道，扇区 ）三元组。

• 下面（）是I/O总线
  A .
  USB
  B .
  PCI
  C .
  网卡
  D .
  图形卡
  正确答案： B 你的答案： A

• 有关磁盘操作，说法正确的是（）
  A .
  对磁盘扇区的访问时间包括三个部分中，传送时间最小。
  B .
  磁盘以字节为单位读写数据
  C .
  磁盘以扇区为单位读写数据
  D .
  读写头总处于同一柱面
  正确答案： A C 你的答案： C D

• 计算下面磁盘的容量（）：4个盘片，100000个柱面，每条磁道400个扇区，每个扇区512个字节
  A .
  81.92GB
  B .
  40.96GB
  C .
  163.84
  D .
  327.68GB
  正确答案： C 你的答案： A

• 根据携带信号不同，总线可分为（）

A .
系统总线
B .
数据总线
C .
内存总线
D .
地址总线
E .
控制总线
正确答案： B D E 你的答案： A C

• 有关RAM的说法，正确的是（）
  A .
  SRAM和DRAM掉电后均无法保存里面的内容。
  B .
  DRAM将一个bit存在一个双稳态的存储单元中
  C .
  一般来说，SRAM比DRAM快
  D .
  SRAM常用来作高速缓存
  E .
  DRAM将每一个bit存储为对一个电容充电
  F .
  SRAM需要不断刷新
  G .
  DRAM被组织为二维数组而不是线性数组
  正确答案： A D E G 你的答案： C D E G

结对及互评

点评模板：

• 博客中值得学习的或问题：
  • 5232同学补充很多课程学习的内容

本周结对学习情况

- [20155232](http://www.cnblogs.com/lsqsjsj/p/7769029.html)

其他（感悟、思考等，可选）

学习进度条

| 第四周 | 300/1300 | 2/9 | 30/90 | |

尝试一下记录「计划学习时间」和「实际学习时间」，到期末看看能不能改进自己的计划能力。这个工作学习中很重要，也很有用。
耗时估计的公式
：Y=X+X/N ，Y=X-X/N，训练次数多了，X、Y就接近了。

参考：软件工程软件的估计为什么这么难，软件工程 估计方法

• 计划学习时间:XX小时

• 实际学习时间:XX小时

• 改进情况：

(有空多看看现代软件工程 课件
软件工程师能力自我评价表)

参考资料

• 《深入理解计算机系统V3》学习指导
• 2017-2018-1 《信息安全系统设计基础》教学进程
• 别出心裁的Linux系统调用学习法