"虚拟地址空间-计算机系统基础第六章ppt,主要涵盖了Linux在X86架构下的虚拟地址空间组织,以及虚拟存储系统相关的概念,包括内存的层次结构、高速缓冲存储器(Cache)、磁盘存储器和地址转换等。"
在计算机系统中,虚拟地址空间是一种重要的内存管理技术,它允许每个进程拥有独立的、连续的地址空间,即使这些空间在物理内存中并不连续。Linux在X86架构上,虚拟地址空间被划分为多个区域,包括内核空间和用户空间。内核空间通常包含操作系统的核心代码和数据,而用户空间则包含了程序的代码、数据、堆、栈以及共享库。
用户栈是在运行时创建的,用于存储函数调用时的参数、返回地址以及局部变量。堆是动态分配内存的地方,通过malloc等函数进行管理。可读写数据和只读数据段分别存储程序的全局变量和常量。代码段则包含程序的机器指令。
在程序加载时,虽然虚拟地址空间被初始化,但并不是所有内容都会立即从磁盘加载到主内存。相反,虚拟页被映射到磁盘上的文件或数据,这种映射关系被称为"映射",而不是实际的数据拷贝。当程序执行到某个页时,如果该页还未在主存中,就会触发缺页异常,这时操作系统会负责将对应的页从磁盘加载到内存。
虚拟存储器的概念进一步扩展了可用的内存,通过使用磁盘作为辅助存储,实现了更大的地址空间。在IA-32/Linux系统中,虚拟地址首先被转换成线性地址,再由线性地址转换为物理地址,这一过程涉及到页表和页表目录(TLB)的查找。
层次结构存储系统是现代计算机系统的关键组成部分,它包括了从高速缓存(Cache)到主存再到磁盘的多级存储层次。Cache利用程序局部性原理,即程序倾向于重复访问最近使用的数据,来提高内存访问速度。当CPU需要数据时,会首先查看Cache,如果找到则称为命中,否则需要访问主存,甚至磁盘。这一过程涉及到了Cache的替换策略、行与块的映射方式以及性能优化。
学习这一章的内容,旨在理解CPU如何通过虚拟地址空间与内存交互,掌握Cache的工作原理和性能影响,以及虚拟存储器如何解决内存不足的问题。同时,也要了解操作系统如何通过地址转换、硬件和软件协同来管理和优化这个复杂的过程。这些知识对于理解和优化程序性能,尤其是大型系统的性能,具有重要的实践意义。