CSAPP: 第九章笔记

虚拟地址是由虚拟页号(vpn)和虚拟页偏移(vpo)构成

vp指虚拟页，磁盘存放的是虚拟页的数据

使用malloc申请内存，发生在用户态，只是做标记；改变页表，发生在缺页中断，操作系统会分配真实的物理内存地址，并改变pte，有效位置1。当内存严重不足或者内核主动回收内存或者页面长时间未使用时，即当物理内存压力比较大，需要为其他页面腾出空间时，操作系统才会将内存的数据放入硬盘交换区，并改变pte，将pte地址改成磁盘扇区编号，并将有效位改成0，只有这样，cpu才会把pte有效位后面的当成磁盘扇区编号

如果VP4已经被修改了，那么内核就会将它复制回磁盘。尤论哪种情况，内核都会修改VP4的页表条目，反映出VP4不再缓存在主存中这一事实。

数据查询流程图：

练习题9.3

1. VPO 指虚拟页偏移，PPO指物理页偏移
   $VPO=PPO=lo{g}_{2}P$
2. VPN 指虚拟页号，N指虚拟地址总位数
   $VPN=N-VPO$
3. PPN 指物理页号，M指物理地址总位数
   $PPN=M-PPO$

内存映射是将磁盘或固态上的文件内容映射到进程的虚拟地址空间中，使得进程可以通过读写内存来直接访问文件数据，而不需要显示read/write

练习题9.5

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/mman.h>
#include <sys/stat.h>

void mmapcopy(int fd, int size) {
    char *bufp;

    // mmap: 将文件映射到内存
    // NULL      → 让内核选择映射地址
    // size      → 映射大小（整个文件）
    // PROT_READ → 只读
    // MAP_PRIVATE → 私有映射（写时复制）
    // fd        → 文件描述符
    // 0         → 从文件开头开始映射
    bufp = (char *)mmap(NULL, size, PROT_READ, MAP_PRIVATE, fd, 0);
    if (bufp == MAP_FAILED) {
        perror("mmap failed");
        exit(1);
    }

    // 把映射到内存的文件内容写到标准输出（stdout 的文件描述符是 1）
    write(1, bufp, size);

    // 解除映射
    munmap(bufp, size);
}

int main(int argc, char *argv[]) {
    struct stat statbuf;
    int fd;

    if (argc != 2) {
        printf("用法: %s <filename>\n", argv[0]);
        exit(0);
    }

    // 1. 打开文件，获取 fd
    fd = open(argv[1], O_RDONLY, 0);
    if (fd < 0) {
        perror("open failed");
        exit(1);
    }

    // 2. 用 fstat 获取文件大小
    if (fstat(fd, &statbuf) < 0) {
        perror("fstat failed");
        close(fd);
        exit(1);
    }

    // 3. mmap 映射并输出
    mmapcopy(fd, statbuf.st_size);

    // 4. 关闭文件
    close(fd);
    return 0;
}

图 9-43 理解

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01      00 00 00 00
02      00 00 00 00
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06      00 00 00 00
07      00 00 00 21
08      00 00 00 11
09 bp-> 00 00 00 00
0A      00 00 00 00
0B      00 00 00 11

#define PREV_BLKP(bp) ((char *) (bp) - GET_SIZE(((char *) (bp) - DSIZE)))
bp-DSIZE -> 07
GET_SIZE 获取上一个块的大小，这里是32

参考资料

教材：Randal E. Bryant, David R. O’Hallaron. Computer Systems: A Programmer’s Perspective (Third Edition). 第 9 章《虚拟内存》（Virtual Memory）.