Lec 20 虚拟内存

说明：本课程的虚拟内存内容已完整整理在 Lec 18 虚拟内存（涵盖虚拟内存总览、虚拟/物理地址、分段与分页、页表与页表项 PTE、按需分页 demand paging、页面置换、缺页异常、MMU 与 TLB、上下文切换、虚拟地址空间组织等）。本页仅作占位与索引，避免重复，请前往 Lec 18 阅读。

速览（详见 Lec 18）

• 目标：让每个进程拥有一个大、私有、独占的存储空间假象，实现保护、抽象与“共享内存”。
• 虚拟地址 → 物理地址：两种翻译方式——分段（segmentation）（base+bound，简单但有内存碎片问题）与分页（paging）（定长页 ~4KB，用页表映射，避免碎片，是主流）。
• 页表项 PTE：resident（驻留位）、PPN/DPN、protection/dirty 等。
• 按需分页（demand paging）：把主存当作磁盘的“缓存”（swap space），可运行大于主存的程序；缺页（resident=0）触发缺页异常，由 OS 软件处理（选页换出、脏页写回、读入新页）。
• 缓存 vs 按需分页对比：页（4KB）远大于缓存块（~32B），缺页率极低（<0.001%）但缺页代价极高（数百万周期），故页表设计成全相联、缺页主要用软件处理。
• 加速翻译：页表放主存会使每次访存翻倍，故用 TLB（Translation Lookaside Buffer） 缓存最近的地址翻译。
• 上下文切换：切换进程时更换页表基址（及刷新/标记 TLB）。