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虚拟内存是什么(虚拟内存怎么清理)( 三 )


【虚拟内存是什么(虚拟内存怎么清理)】虚拟内存也是如此，其页面大小与物理内存相同 。虚拟内存也分为很多副本，每个副本称为虚拟页(VP)，每个副本的编号称为虚拟页号(VPN) 。例如，假设虚拟页面大小为4KB，虚拟内存大小为10KB，这个虚拟内存可以分为两个虚拟页面(VP)，虚拟页面编号(VPN)为0，1 。
每个物理页面存储在物理内存中，每个虚拟页面存储在磁盘上，如下图所示 。
虚拟内存和物理内存
虚拟内存中有8个虚拟页面，物理内存中有6个物理页面 。虚拟页面存储在磁盘上，物理页面存储在DRARM上 。
每个虚拟页面可以有三种状态:未分配、缓冲和未缓冲 。
Unassigned:虚拟页面尚未在磁盘空之间分配 。
缓冲:虚拟页面被缓冲或映射到物理页面上 。
无缓冲:虚拟页面在磁盘空之间分配，但不在物理页面上缓冲 。
通常操作系统加载可执行文件后，会创建一个进程，这个进程有一个虚拟地址空 。这并不意味着可执行文件已经从磁盘加载到内存中，而是操作系统只为进程的虚拟地址空之间的每个区域分配虚拟页面 。
并将代码区和数据区的虚拟页分配到可执行文件的适当位置，此时虚拟页状态为无缓冲，虚拟页指向磁盘地址 。
操作系统和共享库的虚拟页面被映射到物理内存，因为操作系统和共享库已经在物理内存中，这些虚拟页面的状态是缓冲的 。
用户栈，运行时堆的虚拟页没有分配，不占用任何空空间，这些虚拟页的状态是未分配 。
那么进程虚拟地址空、用户栈物理内存和运行时堆之间的代码和数据什么时候分配呢？答案是处理器用虚拟地址执行代码，当读取数据时，下一章将详细阐述 。
虚拟地址访问物理内存先普及几个概念:
o是虚拟页面偏移量:
地址由虚拟页号和虚拟页偏移量组成，虚拟页偏移量是相对于虚拟页的偏移量 。
即PPO物理页面偏移量:
地址由物理页号和物理页偏移量组成，物理页偏移量是相对于物理页的偏移量 。
VPO等于PPO
页表)PT:
页是一种表结构，它建立了虚拟页号和物理页号之间的映射关系 。每个页表条目(PTE)包括诸如有效位、物理页号、磁盘地址等信息 。，如下图所示:
页面与物理内存和虚拟内存之间的关系
从上图可以看出，操作系统可以根据页表项的有效位和地址信息来判断虚拟页的当前状态，即未分配、缓冲和未缓冲 。
如上图所示，页表有八个页表项，每个页表项包含一个有效位和地址信息 。
当PTE n的页表项有效位为0时，意味着虚拟页N不在物理内存中缓冲，可能在磁盘上或未分配 。比如PTE 0的页表项为空，表示虚拟页0即VP0处于未分配状态，磁盘地址存储在PTE 3中，表示虚拟页3即VP3在磁盘中但未缓冲，VP3处于未缓冲状态 。
当页表项PTE n的有效位为1时，表示虚拟页N缓存在物理内存中，PTE n存储物理页号，虚拟页N的状态为缓存 。例如，如果页表条目PTE 1的有效位是1，则虚拟页VP1被缓冲在物理页中 。
页面基址寄存器(PTBR):
每个进程都有自己的页表 。CPU在执行一个进程时，会先将进程的一级页表的起始地址存入页表基址寄存器，这样CPU就可以直接从寄存器中查找一级页表的起始地址，加快了查找效率 。
好了，下面是概念的介绍 。我们先来看一下虚拟地址翻译成物理地址的过程，按照一级页表来演示，如下图所示:
虚拟地址转换物理地址
上图是虚拟地址转换物理地址的示意图 。可以看出，VPO等于PPO 。
让我们看看计算机的各个部分是如何通过虚拟地址访问物理内存的 。
根据虚拟地址，处理器在两种情况下访问物理存储器:页表条目命中和页表条目未命中 。页表项命中表示页表项有效位为1，页表项存储物理页号，虚拟页缓存在物理页中，页表项未命中表示页表项有效位为0 。这时就需要发送缺页中断 。
页面录入点击的步骤如下:
页面条目点击翻译步骤
1.CPU将虚拟地址(VA)发送给MMU，MMU根据页表基址寄存器中页表的起始地址加上虚拟页号，找到页表项的物理地址PTEA 。
2.MMU将PTEA发送到缓存或内存中 。
3.从缓存或内存中找到页表项(PTE)，并将页表项(PTE)返回给MMU 。
4.MMU根据PTE找到物理页号，然后加上虚拟页偏移量形成物理地址(PA)，发送到缓存或内存 。
5.获取数据并将数据返回给处理器 。
页面录入失误的步骤如下:
页面条目错过了翻译步骤 。
1.CPU将虚拟地址(VA)发送给MMU，MMU根据页表基址寄存器中页表的起始地址加上虚拟页号，找到页表项的物理地址PTEA 。


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