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MIT6.S081
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4.1 课程内容简介

今天的主题是虚拟内存(Virtual Memory)。具体来说,我们会介绍页表(page tables)。在后面的课程中,我们还会介绍虚拟内存相关的其他内容。
首先,我们会从一些问答开始今天的课程。我想问你们还记得课程6.004和课程6.033中虚拟内存的内容吗?我先来说一下我自己对于虚拟内存或者页表的认知吧。当我还是个学生并第一次听到学到这个词时,我认为它还是很直观简单的。这能有多难呢?无非就是个表单,将虚拟地址和物理地址映射起来,实际可能稍微复杂一点,但是应该不会太难。可是当我开始通过代码管理虚拟内存,我才知道虚拟内存比较棘手,比较有趣,功能也很强大。所以,希望在接下来的几节课和几个实验中,你们也能同样的理解虚拟内存。接下来我会问几个同学你们对于虚拟内存的理解是什么。
学生1:这就是用来存放虚拟内存到物理内存映射关系的。
学生2:这是用来保护硬件设备的。在6.004中介绍的,虚拟地址是12bit,最终会映射到某些16bit的物理地址。
学生3:通过虚拟内存,每个进程都可以有独立的地址空间。通过地址管理单元(Memory Management Unit)或者其他的技术,可以将每个进程的虚拟地址空间映射到物理内存地址。虚拟地址的低bit基本一样,所以映射是以块为单位进行,同时性能也很好。
学生4:虚拟地址可以让我们对进程隐藏物理地址。通过一些聪明的操控,我们可以读写虚拟地址,最后实际读写物理地址。
学生5:虚拟内存对于隔离性来说是非常基础的。每个进程都可以认为自己有独立的内存可以使用。
刚刚的回答中,很明显有两件事情是对的。这里存在某种形式的映射关系;并且映射关系对于实现隔离性来说有帮助。
隔离性是我们讨论虚拟内存的主要原因。在接下来的两节课,尤其当我们开始通过代码管理虚拟内存之后,我们可以真正理解它的作用。这节课我们会主要关注虚拟内存的工作机制,之后我们会看到如何使用这里的机制来实现非常酷的功能。
今天的内容主要是3个部分:
  1. 1.
    首先我会讨论一下地址空间(Address Spaces)。这个在刚刚的问答中有的同学也提到了。
  2. 2.
    接下来,我会谈一下支持虚拟内存的硬件。当然,我介绍的是RISC-V相关的硬件。但是从根本上来说,所有的现代处理器都有某种形式的硬件,来作为实现虚拟内存的默认机制。
  3. 3.
    最后,我们会过一下XV6中的虚拟内存代码,并看一下内核地址空间和用户地址空间的结构。
以上就是这节课的主要内容。