计算机基础-操作系统（2）
计算机基础-操作系统（2）
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计算机基础-操作系统（2）
解释下虚拟地址、逻辑地址、线性地址、物理地址、总线地址？
简述处理器在读内存过程中，CPU、MMU、cache、内存如何协同工作？
内存非连续分配管理的三种方式
什么是快表，你知道多少关于快表的知识？
虚拟内存是什么？
虚拟内存的目的是什么？
解释下虚拟地址、逻辑地址、线性地址、物理地址、总线地址？
一个由程序员给出的逻辑地址，要先经过分段机制的转化变成线性地址，再经过分页机制的转化变成物理地址。
虚拟地址是指由程序产生的由段选择符和段内偏移地址组成的地址。这两部分组成的地址并没有直接访问物理内存，而是通过分段地址的变换处理后才会对应到相应的物理内存地址。 由MMU虚拟出来的地址。
逻辑地址指由程序产生的段内偏移地址。有时直接把逻辑地址当成虚拟地址，两者并没有明确的界限。
线性地址是指虚拟地址到物理地址变换之间的中间层，是处理器可寻址的内存空间（称为线性地址空间）中的地址。程序代码会产生逻辑地址，或者说是段中的偏移地址，加上相应段基址就生成了一个线性地址，线性地址 = 逻辑地址 + 基地址。如果启用了分页机制，那么线性地址可以再经过变换产生物理地址。若没有采用分页机制，那么线性地址就是物理地址。
物理地址是指现在CPU外部地址总线上的寻址物理内存的地址信号，是地址变换的最终结果。虚拟地址到物理地址的转化方法是与体系结构相关的，一般有分段与分页两种方式。以x86CPU为例，分段、分页都是支持的。内存管理单元负责从虚拟地址到物理地址的转化。逻辑地址是段标识+段内偏移量的形式，MMU通过査询段表，可以把逻辑地址转化为线性地址。
如果CPU没有开启分页功能，那么线性地址就是物理地址；
如果CPU开启了分页功能，MMU还需要查询页表来将线性地址转化为物理地址：
逻辑地址（段表）→线性地址（页表）→物理地址。 映射是一种多对一的关系，即不同的逻辑地址可以映射到同一个线性地址上；不同的线性地址也可以映射到同一个物理地址上。而且，同一个线性地址在发生换页以后，也可能被重新装载到另外一个物理地址上，所以这种多对一的映射关系也会随时间发生变化。
总线地址是指在x86下的I/O地址，ARM下的物理地址。（在x86下，外设的I/O地址是独立的，即有专门的指令访问外设I/O，I/O地址就是“总线地址”，而RAM地址就是“物理地址”。在ARM下，I/O和RAM统一编址，但linux为了统一各个平台，仍然保留这个概念，总线地址其实就是物理地址。）
IO内存空间，统一编址，设备地址作为内存的扩展，一般嵌入式用这种 IO端口空间，独立编址，设备地址独立编制，一般用于x86，了解即可 逻辑地址：我们程序员写代码时给出的地址叫逻辑地址，其中包含段选择子和偏移地址两部分。
线性地址：通过分段机制，将逻辑地址转换后的地址，叫做线性地址。而这个线性地址是有个范围的，这个范围就叫做线性地址空间，32 位模式下，线性地址空间就是 4G。
物理地址：就是真正在内存中的地址，它也是有范围的，叫做物理地址空间。那这个范围的大小，就取决于你的内存有多大了。
虚拟地址：如果没有开启分页机制，那么线性地址就和物理地址是一一对应的，可以理解为相等。如果开启了分页机制，那么线性地址将被视为虚拟地址，这个虚拟地址将会通过分页机制的转换，最终转换成物理地址。
简述处理器在读内存过程中，CPU、MMU、cache、内存如何协同工作？
- 1、首先，CPU发出一个读取内存的指令，并提供要读取的内存地址。
- 2、MMU (Memory Management Unit) 接收到这个内存地址，并进行地址转换。因为CPU使用的是虚拟地址，而内存使用的是物理地址，所以MMU会将虚拟地址转换为物理地址。
- 3、如果需要的内存数据已经在cache中，那么cache会将数据返回给CPU。否则，cache会向内存发出请求，请求读取需要的数据。
- 4、内存将所需数据返回给cache，cache将数据返回给CPU。同时，cache还会将这些数据保存在自己的缓存中，以备将来使用。
-- 总的来说，CPU发送内存读取请求时，MMU会负责地址转换，cache会负责缓存数据，内存会提供所需的数据。这些组件共同协作，使得处理器能够高效地读取内存中的数据。
内存非连续分配管理的三种方式
分页存储管理：优点是不需要连续的内存空间，且内存利用率高（只有很小的页内碎片）；缺点是不易于实现内存共享与保护。
分段存储管理：优点是易于实现段内存共享和保护；缺点是每段都需要连续的内存空间，且内存利用率较低（会产生外部碎片）。
段页式存储管理（对每个段分页存储）：优点是不需要连续的内存空间，内存利用率高（只有很小的页内碎片），且易于实现段内存共享和保护；缺点是管理软件复杂性较高，需要的硬件以及占用的内存也有所增加，使得执行速度下降。
什么是快表，你知道多少关于快表的知识？
快表，又称联想寄存器(TLB) ，是一种访问速度比内存快很多的高速缓冲存储器，用来存放当前访问的若干页表项，以加速地址变换的过程。与此对应，内存中的页表常称为慢表。
虚拟内存是什么？
虚拟内存是一种计算机内存管理技术，它可以将物理内存和磁盘空间结合起来，让操作系统可以在物理内存不足的情况下运行更多的应用程序。它通过将应用程序使用的内存分为虚拟页面（虚拟地址空间）和物理页面（物理地址空间），并使用分页机制将虚拟页面映射到物理页面上来实现。
当应用程序需要访问一个虚拟页面时，操作系统将根据页面映射表将虚拟页面映射到物理页面上，如果该页面不在物理内存中，操作系统将会将其中的一部分数据存储到磁盘中，并将该页面从物理内存中移除。当应用程序需要再次访问该页面时，操作系统会将该页面从磁盘中加载回物理内存中，这个过程称为页面调度或页面置换。
虚拟内存的目的是什么？
-- 虚拟地址的优点：
- 扩大可用内存：虚拟内存可以将物理内存和磁盘空间结合起来，以实现更大的可用内存。在物理内存不足时，虚拟内存可以将不常用的页面从物理内存中移除，并将它们暂时保存在磁盘上。这样，系统就可以用磁盘空间来模拟更大的物理内存。
- 保护内存：虚拟内存可以实现地址空间隔离，使每个应用程序都拥有自己独立的虚拟地址空间。这样，应用程序就无法访问其他应用程序的内存，从而增强了系统的安全性。
- 简化内存管理：虚拟内存可以使内存管理更加灵活和高效。它可以将内存分为多个页面，并使用页面置换算法来管理内存。这样，操作系统就可以按需加载页面，并将不常用的页面从物理内存中移除，从而实现更高效的内存管理。