Question

在虚拟内存的概念中，仅当在虚拟空间中使用相应页面时才分配物理页面帧。

我想知道何时进行此类分配。

我试图引用随机选择的一些地址，但大多数时候，它给我一个分段错误。我猜大多数页面都被标记为不使用，只是阅读页面不足以强制操作系统为我分配一个物理页面框架。（我用GDB试过了）

Answer 1

操作系统将处理此问题。要查看它的实际运行，您需要对OS内核代码进行检测或应用调试器，但可以通过以下方式看到该概念：

int *p = new int[1000000];

这将分配大约4MB（1000页）的内存，但到目前为止还没有使用它们，因此它们都不会被物理分配和＃34; （但也许第一个实际有，因为它可能用于存储分配的元数据）

p[2048] = 42;

现在，操作系统将分配8192个字节的页面错误，一旦完成，就可以将值42写入该页面。

运行GDB不会显示此信息。除了它写入已经＆＃34;承诺＆＃34;的速度要慢得多。物理页面，它是不明显的 - 你可以通过写入100MB数据中的每个4K中的一个元素，或相同100MB中的前250000个条目 - 然后再写第二次来尝试这一点。两者都会在第二时间更快，但由于第二次没有发生页面错误，第一次情况下第二次会明显加快。

一个例子：

#include <iostream>
#include <chrono>
#include <functional>
#include <memory>

void measure(const std::string& test, std::function<void()> function)
{
    auto start_time = std::chrono::high_resolution_clock::now();

    function();

    auto duration = std::chrono::duration_cast<std::chrono::nanoseconds>(std::chrono::high_resolution_clock::now() - start_time);
    std::cout<<test<<" "<<static_cast<double>(duration.count()) * 0.000001<<" ms"<<std::endl;
}

const int NWRITES = 1024*1024;
const int PAGESTEP = 1024;
const int NINTS = NWRITES*PAGESTEP; /* 1024M * sizeof(int) = 4GB */

int main()
{
    std::unique_ptr<int[]> p(new int [NINTS]);

    measure("Every int", [&p](){ for(int i = 0; i < NWRITES; i++) p[i] = i; });
    measure("Every 4KB", [&p](){ for(int i = 0; i < NWRITES; i++) p[i*PAGESTEP] = i; });    
    measure("Every int", [&p](){ for(int i = 0; i < NWRITES; i++) p[i] = i; });
measure("Every 4KB", [&p](){ for(int i = 0; i < NWRITES; i++) p[i*PAGESTEP] = i; });
}

给出这样的东西：

Every int 10.3651 ms
Every 4KB 1856.2 ms
Every int 2.4179 ms
Every 4KB 84.1603 ms

Answer 2

您描述的访问冲突是逻辑页面无效的结果;不是他们没有被访问的事实。在虚拟内存中创建实际页面需要几个分配步骤。

要理解这一点，您需要分离逻辑内存转换和虚拟内存的概念。

存储器管理单元呈现连续的逻辑地址空间。在该地址空间内，页面可以或可以不映射到物理页面帧。虽然地址空间可能是连续的，但有效页面的范围通常不是连续的。

内存管理单元使用PAGE TABLE将逻辑地址转换为物理地址。

处理器通常使用多个页表或嵌套页表（一个表引用另一个表引用另一个表来标识页框）。在前一种情况下，页表的长度可能短于整个地址范围。对于后者也是如此，但此外，页表引用嵌套表（可能有空条目）。

此页表结构是使用该过程创建的。具有页表ENTRY是具有映射的先决条件。在具有嵌套页表的系统上，可以通过添加条目来调整页表的大小。表的大小通常受系统参数或过程配额的限制。（忽略Unix克隆，具有持久shell的系统和系统表）在进程启动时，页表条目不引用任何内容。

程序加载器执行页面映射的初始设置。这将设置页表，以便程序（由LINKER定义）在页表中具有有效地址。

在大多数情况下访问实际页面框架之前，不会将其映射到页面。但是，您不会在应用程序中看到它。如果页表指示页面有效并且您引用没有物理帧的页面，则会触发页面错误。然后，操作系统将创建页面框架映射并重新启动您的应用程序。（虚拟记忆）

您的应用程序可以在运行时映射其他页面。 New和Malloc为您做幕后工作，但您也可以直接进行。创建此类映射时，您正在更改页表，以使逻辑页有效。然后，您通常必须引用操作系统的页面以将逻辑页面映射到物理页面框架。

（假设您没有尝试编写或执行）简而言之，您正在描述由于没有有效的页表条目而导致的逻辑内存转换失败对于您尝试访问的页面。

访问未分配的页面

2 个答案: