📄 3。3.htm
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<html>
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<title>虚拟存储（3）</title>
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<body background="../images/arctile.jpg" bgcolor="#FFFFFF" text="#000000" link="#3399FF" vlink="#666666" alink="#FF9900">
<p align="center"> <font color="#000000"><font size="4">
</font>
</font>
<font size="6">虚拟存储（3） </font><font color="#000000">
</font>
</p>
<p align="right"><font color="#000000"><a href="Index.htm"><img border="0" src="IMAGES/BACK.GIF" align="left" width="60" height="45"></a> <a href="3。2.htm"><img border="0" src="IMAGES/PREV.GIF" width="60" height="45"></a>
<a href="第四节.htm"><img border="0" src="IMAGES/FORW.GIF" width="60" height="45"></a></font>
</p>
<p><font size="4" color="#000000">
</font>
</p>
<p><font size="4" color="#000000"> </font>
<font size="4" color="#000000">4．关于写操作</font>
</p>
<p><font color="#000000" size="4"> 应用copy back技术：当替换页面时，把主存中该页复制回辅存,也叫写回write back）。其优点是：磁盘的传输时间很少，而读写时间很长，所以在虚拟页表中，利用回写比 写通有效的多.为了标志某页是否需写回，可在页表中增加一位修改位（dirty bit）。当dirty位为1时，表示该页正被写入内存。<br>
</font>
</p>
<p><font color="#000000" size="4"> 5．快表TLB（translation –lookaside buffer）</font>
</p>
<p><font color="#000000" size="4"> 页表太大了，必须存放在主存中。这样的话，主存的执行时间就会增加1倍，先是 获得物理地
址，再读取数据。当一个虚页号被使用时，它通常会再度被使用。所以出现了快 表。TLB由CACHE构成，用来存放最近使用的页表项。</font>
</p>
<p><font color="#000000" size="4"> a.构成：TLB由虚页号、实页号、REFERENCE位和DIRTY位构成。</font>
</p>
<p><font color="#000000" size="4"> b.工作过程<br>
<br>
先在快表中找虚页号，如果命中，则实页号用来构成地址并将REFERENCE位置1 （写操作还需将 DIRTY位置1）。如果失效，则需判断是缺页失效，还是TLB失效。如果是缺页失效，则会发生中断。如果仅仅是TLB失效，该页存在与主存中，则需将该页调入快表，重新访问。快表的一些数据特性见下图:</font>
</p>
<div align="center">
<center>
<table border="1" width="73%" bordercolordark="#CC9966" bordercolorlight="#FFCC66">
<tr>
<td width="26%"><font color="#000000" size="4">Block size</font></td>
<td width="74%"><font color="#000000" size="4">1-2 page-table
entries(typically 4-8 bytes each)</font></td>
</tr>
<tr>
<td width="26%"><font color="#000000" size="4">Hit time</font></td>
<td width="74%"><font color="#000000" size="4">1/2 to 1 clock cycle</font></td>
</tr>
<tr>
<td width="26%"><font color="#000000" size="4">Miss penalty</font></td>
<td width="74%"><font color="#000000" size="4">10-30 clock cycles</font></td>
</tr>
<tr>
<td width="26%"><font color="#000000" size="4">Miss rate</font></td>
<td width="74%"><font color="#000000" size="4">0.01%-1%</font></td>
</tr>
<tr>
<td width="26%"><font color="#000000" size="4">TLB size</font></td>
<td width="74%"><font color="#000000" size="4">32-1.024 entries</font></td>
</tr>
</table>
</center>
</div>
<p><font color="#000000" size="4"><br>
c. 写操作</font>
</p>
<p><font color="#000000" size="4"> TLB采用回写的方法，因为我们期望TLB的失效率很低。<br>
</font>
</p>
<p><font color="#000000" size="4"> d. TLB的转换方法</font>
</p>
<p><font color="#000000" size="4"> 大多数的TLB采用全相联，因为全相联的低失效率，而且TLB比较小，代价不会很高。由于快
表的频繁的失效，我们负担不起软件算法。但有一
些系统采用LRU的硬件算法和随 机算法。</font>
</p>
<p><font color="#000000" size="4"> e. 举例（图7.19)</font>
</p>
<p><font color="#000000" size="4"> <img border="0" src="IMAGES/第三5.gif" width="485" height="650"><br>
上图显示了TLB结构和如DECStation 3100中的一个cache结构。TLB共有64个单</font>
</p>
<p><font color="#000000" size="4">
元组成，包含在PROCESSOR中。<br>
</font>
</p>
<p><font color="#000000" size="4"> 6．虚拟存储系统的保护机制。</font>
</p>
<p><font color="#000000" size="4"> 因允许多道程序共享物理存储空间，就存在保护各自的程序不被其他程序冲掉的问题。</font>
</p>
<p><font color="#000000" size="4"> 保护的目的：a.某程序不破坏其他程序执行，也就是保护其他区域</font>
</p>
<p><font color="#000000" size="4">
b.某程序保护自己的正常执行</font>
</p>
<p><font color="#000000" size="4"> 为了存储保护，硬件基本支持是：</font>
</p>
<p><font color="#000000" size="4">
a. 用户与用户进程之间保护<br>
<br>
b. 用户与系统之间的保护</font>
</p>
<p><font color="#000000" size="4">
c. 保护由谁管理-----通常由操作系统管理<br>
</font>
</p>
<p>
<font color="#000000" size="4">
A． 管态和用户态（supervisor mode and user mode）</font>
</p>
<p>
<font color="#000000" size="4"> 指示是核心进程(kernel process)，还是user process。</font>
</p>
<p>
<font color="#000000" size="4">
B． 提供访问保护位，指明用户程序只能读，不能写，包括管态/用户态位和页表指针保护位。</font>
</p>
<p>
<font color="#000000" size="4">
C．提供一种状态转换机制，CPU能在用户态和管态
之间进行转换。从用户态转换到管态，由系统调用指令完成。从管态到用户态，由用户进程激活。</font>
</p>
<p><font color="#000000" size="4">
例如在MIPS机中，指令将用户态转换到管态，该指令转换到OS程序执行空间某一单元执行指令。</font>
</p>
<p>
<font color="#000000" size="4">
在页面保护机制中，访问保护有三种形式：读、写、执行。这样可以形成七种方式：<br>
000------不允许任何访问<br>
100------只读<br>
111------均可<br>
110------只许读、写，不许执行<br>
001------只许执行<br>
010------只许写<br>
101------不许写</font>
</p>
<p>
</p>
<p>
<font color="#000000" size="4">7．缺页失效和快表失效处理</font>
</p>
<p><font color="#000000" size="4"> 快表失效时有两种情况：</font>
</p>
<p><font color="#000000" size="4"> （1） 访问页在内存中，只需把该页表项调入快表中<br>
<br>
（2） 访问页不在内存中，则页失效。</font>
</p>
<p><font size="4"><font color="#000000"> 页失效是一种异常中断，需要保护断点，利用EPC（exception program counter）来保护断点。断点应该及时保存，否则会出错。例如LW$1,0($1)
指令，如果不及时阻止在$1中写，就不
能在$1重新取指令。</font></font>
</p>
<p><font color="#000000" size="4"> 如果是缺页中断，则需保护当前进程的现场。指令虚地址在EPC中，数据虚地址要检查指令以找到基地址和偏移段，才能计算出来。</font>
</p>
<p><font color="#000000" size="4"> 缺页中断一般过程如下：</font>
</p>
<p><font color="#000000" size="4"> （1） 利用虚地址查找页表，求出访问页在磁盘上的实际地址。<br>
<br>
（2） 选择一个内存页面，如果该页设置了改写位标志为1，则首先要把该</font>
</p>
<p><font color="#000000" size="4">
页写入磁盘。</font>
</p>
<p><font color="#000000" size="4"> （3） 从磁盘上读取访问页数据，存入选中的物理页面。</font>
</p>
<p><font size="4"><font color="#000000"> 第三步完成后，操作系统恢复缺页中断引起终止进程的状态，继续执行终止 的那条指令，从核心态返回到用户态。</font></font>
</p>
<p><font color="#000000" size="4"> <br>
<br>
<br>
</font>
</p>
</body>
</html>
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