虚拟内存 / 缺页中断 / TLB
局部性、请求分页、页表/快表、缺页中断流程、抖动/工作集。
#resource / operating-system
#type / concept
#status / growing
虚拟内存 / 缺页中断 / TLB
速记结论（背就够用）
- 虚拟内存的基础：局部性原理
- 请求分页最常见
- 缺页中断属于异常（由当前指令引起）
- 无 TLB 时地址转换常见“两次访存”
1) 虚拟内存是什么
基于局部性原理：程序不必全部装入内存，只装入当前需要的页/段。
2) 局部性原理
- 时间局部性：刚访问过的很可能再次访问
- 空间局部性：刚访问过的附近地址很可能被访问
3) 页表与 TLB（快表）
- 页表：页号 -> 页框号 + 权限/存在位/修改位/引用位…
- TLB：页表缓存，加速地址转换
笔试高频：两次访存
- 无 TLB：访问页表一次 + 访问数据一次
- 有 TLB：命中通常可视为一次主存访问（忽略 TLB 代价）；未命中仍需查页表
TLB 命中/未命中的访存次数题型
常见简化假设：忽略 TLB 访问时间。
- TLB 命中：只访问一次主存（直接拿到页框号并访问数据）
- TLB 未命中：访问页表一次 + 访问数据一次（两次主存访问）
如果题目要求计算有效访存时间（EAT），通常形式是：
EAT = hitRate * (TLBHitCost) + (1-hitRate) * (TLBMissCost)按题目给的“TLB 查找时间/主存访问时间”代入即可。
3.5) 分页 / 分段 / 段页式（对比表）
| 对比项 | 分页 | 分段 | 段页式 |
|---|---|---|---|
| 划分依据 | 固定大小（物理单位） | 按逻辑模块（大小不定） | 先分段再分页 |
| 用户可感知 | 通常不可感知 | 可感知（段号/段表） | 部分可感知 |
| 碎片 | 可能内部碎片 | 可能外部碎片 | 内部碎片为主 |
| 地址结构 | 页号 + 页内偏移 | 段号 + 段内偏移 | 段号 + 页号 + 页内偏移 |
| 访存次数（朴素） | 2 次（页表 + 数据） | 2 次（段表 + 数据） | 3 次（段表 + 页表 + 数据） |
| 常见加速 | TLB | TLB | TLB |
4) 缺页中断（异常）
访问页不在内存 -> 缺页中断：
- 判断是否在外存
- 找空闲页框或置换
- 调入目标页
- 更新页表/TLB
- 重新执行指令
易错点：缺页中断属于异常（由当前指令引起），不是外设中断。
5) 抖动（颠簸）
页框太少导致频繁缺页，大部分时间都在换页，CPU 利用率下降。
例题（速记）
例 1：两次访存（无 TLB）
在请求分页中，一次逻辑地址访问通常需要：
- 查页表得到页框号
- 访问目标数据
所以常见结论是“两次访存”。
例 2：EAT 计算（有 TLB）
假设：主存访问 100ns，TLB 查找 10ns，TLB 命中率 90%。
- 命中：10 + 100 = 110ns
- 未命中：10 + 100（查页表）+ 100（取数据）= 210ns
EAT = 0.9110 + 0.1210 = 120ns