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第18课

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Note

上节课的内容复习了四十分钟......

Paging

Swapping

一个进程可以被临时地存放到disk中,然后再从disk中回到memory。程序里面访问的是虚拟地址,而我们只需要把page table的映射关系改一下,所以swap前后物理地址不需要相同。

因为今天物理内存很大,所以平时swap的场景比较少。而在Mobile System里面,没有swap这件事情,因为他空间更小,CPU的吞吐量更小,如果没有空间了直接kill进程。

我们可以swap页,而不是swap整个进程,这样粒度就变小了,可以减少文件传输量,从而减少性能上的开销。

比如进程A的某个page被swap out到disk中,进程B的某些page被swap in进来,当B结束后,又要运行进程A,首先把page out的load进来,再进行运行,运行一段时间后又开始运行进程B,然后又发现进程B的某些page也要去load进来。所以在某些极端的情况下,CPU在不停的swap,而要执行的任务没有什么实际的进展,这种叫做操作系统的颠簸(抖动),主要的原因是系统在运行的进程数量很多,但是内存又很紧张。

Example

The Intel IA-32 Architecture

支持两种不同的内存管理方式,一种是分段,一种是分页。分段其实就是base+offset,分成一个一个段。

我们对逻辑地址和线性地址不作区分image-20230430122225010

CR3寄存器存储着页目录的地址,我们可以通过页目录去访问二级页表,再从二级页表去访问物理内存,也可以直接去访问4MB的page。(但是需要多加一个bit去指示哪个是指向page哪个是指向二级页表)image-20230427090325362

如果虚拟地址只有32bit,但是物理地址大于32bit,对于同一个进程,物理地址只能索引32bit;对于不同的进程,我们可以通过仅仅32bit的虚拟地址指向远大于32bit的物理地址。

page address extension (PAE):使用 PAE,操作系统从两级线性地址转换移动到三级地址转换。 与其将线性地址拆分为三个单独的字段,用于索引到内存表中,而是拆分为四个单独的字段:一个 2 位位字段、两个 9 位字段和一个与 Intel 体系结构实现的页面大小相对应的 12 位字段 (4 KB) 。(注意,每个page table entry从原来的32bit变成了64bit)

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Linux Paging - RISC-V

SATP寄存器类似Intel的RC3寄存器

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Sv39

每个page的大小是\(2^{12}\)字节

每个page table entry的大小是8字节,用9位去索引这8个字节

页表项存的是下一级页表的物理地址

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