虚拟内存

词汇

最宏伟的幻象

虚拟地址 virtual address 拆成页号与页内偏移；页表 page table 把虚页映射到物理页框 physical frame，每页一条；TLB 快表缓存翻译。
课程机：16 位虚拟、256 字节页 $\Rightarrow$ 256 个虚页；12 位物理 $\Rightarrow$ 16 个页框——每个进程可寻址 64 KiB，而实体只有 4 KiB。

{exercise:uni-cs0704-mapping}

练习

16 位虚拟地址、256 字节页有——个虚页。

难度 1/5 · 今日首次完成可获 100 金币及少量额外奖励

地址 $0x0204$：偏移 $0x04$、VPN $0x02$。首次访问：TLB 未中、查表——VPN 2 到 5 号框，物理 $5 \times 256 + 4 = 0x0504$；TLB 缓存 VPN 2。
地址 $0x0210$：同一 VPN——TLB 命中，物理 $0x0510$，免查表。10 项 LRU TLB 上 8 页循环 8000 次访问只未中 8 次（强制性）：命中率 $99.9\%$。

{exercise:uni-cs0704-walk}

练习

VPN 2 映射到 5 号框时，地址 0x0204 翻译为——

难度 1/5 · 今日首次完成可获 100 金币及少量额外奖励

地址 $0x0400$：VPN 4，表项无效 $\to$ 缺页 page fault。进程阻塞；OS 选受害者（LRU、脏——先写回）、读入该页、更新页表与 TLB、重启指令。
代价模型：TLB 命中 1 ns、查表 10 ns、缺页 5 ms——百万分之一概率的缺页平均每次访问仍摊 5 ns：层次结构容忍稀有，不容忍频繁。

例子

无效访问是错误；缺页只是取数。valid 位区分二者。

{exercise:uni-cs0704-fault}

练习

缺页与无效访问的差别在于缺页——

难度 1/5 · 今日首次完成可获 100 金币及少量额外奖励