ch3

ch3.md

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 作为一个练习，你需要在你的电脑上运行这个程序，并将你的结果与我的结果比较。添加对`malloc`的第二个调用来检查你系统上的堆区是否向上增长（地址更高）。添加一个函数来打印出局部变量的地址，检查栈是否向下增长。
 
+## 3.5 静态局部变量
+
+栈上的局部变量有时称为“自动变量”，因为它们当函数创建时自动被分配，并且当函数返回时自动被释放。
+
+C语言中又另一种局部变量，叫做“静态变量”，它分配在在`static`段上。它在程序启动时初始化，并且在函数调用之间保存它的值。
+
+例如，下面的函数跟踪了它所调用的次数：
+
+```c
+int times_called()
+{
+  static int counter = 0;
+  counter++;
+  return counter;
+}
+```
+
+`static`关键字表示`counter`是静态局部变量。它的初始化只发生一次，就是程序启动的时候。
+
+如果你将这个函数添加到`aspace.c`，你可以确定`counter`和全局变量一起分配在`static`段上，而不是在栈上。
+
+## 3.6 地址翻译
+
+虚拟地址（VA）如何翻译成物理地址（PA）？基本的机制十分简单，但是简单的实现方式十分耗时，并且占据大量空间。所以实际的实现会复杂一点。
+
+大多数处理器提供了内存管理单元（MMU），位于CPU和主存之间。MMU在VA和PA之间执行快速的翻译。
+
+1.  当程序读写变量时，CPU会得到VA。
+2.  MMU将VA分成两部分，称为页码和偏移。“页”是一个内存块，页的大小取决于操作系统和硬件，通常为1~4KiB。
+3.  MMU在“页表”里查找页码，然后获取相应的物理页码。之后它将物理页码和偏移组合得到PA。
+4.  PA传递给主存，用于读写指定地址。
+
+作为一个例子，假设VA为32位，物理内存为1GiB，划分为1KiB的页面。
+
++ 由于1GiB为`2 ** 30`个字节，物理页的数量为`2 ** 20`个，它们也成为“帧”。
++ 虚拟地址空间的大小为`2 ** 32`字节，这个例子中，页的大小为`2 ** 10`字节，所以共有`2 ** 22`个虚拟页。
++ 偏移的大小取决于页的大小。这个例子中页的大小为`2 ** 10`字节，所以需要10位来指定页中的一个字节。
++ 如果VA是32位，而偏移是10位，剩余的22位构成了虚拟页码。
++ 由于共有`2 ** 20`个物理页，每个物理页码是20位。加上10位的偏移，PA的结果为30位。
+
+到目前为止，看上去是是可行的。但是让我们考虑一下页表应该占多大。页表最简单的实现是一个数组，每个虚拟页面是一个条目。每个条目都包含一个物理页码，在例子中它是20位，加上每帧的一些额外的数据，所以我们认为每个条目占用3~4个字节。由于共有`2 ** 22`个虚拟页，页面共需要`2 ** 24`个字节，或16MiB。
+
+由于我们需要为每个进程创建一个页表，一个运行256个进程的系统就需要`2 ** 32`个字节，或者4GiB，这还只是页面的空间！这些就占用了全部32位虚拟地址。而在48或64位的虚拟地址上，这个数量更加荒谬。
+
+幸运的是，并不需要这么大的空间，因为大多数进程不使用虚拟地址空间的每个小片段。而且，如果一个进程不使用某个虚拟页面，我们也不需要在页表中为其分配条目。
+
+也就是说，页表是“稀疏”的，这暗示了最简单的实现，即页表条目的数组是个糟糕的想法。幸运的是，稀疏数组有一些不错的实现方式。
+
+一种选择是多级页表，它被多数操作系统例如Linux所采用。另一种选择是关联表，其中每个条目包含虚拟页码和物理页码。在软件上搜索关联表会非常慢，但是硬件上我们可以并行搜索整个表，所以关联数组经常用于在MMU中表示页表。
+
+你可以在[页表的维基百科页面](http://en.wikipedia.org/wiki/Page_table)阅读更多关于这些实现的信息。你也可能会找到有趣的细节。但是基本的想法就是页表应做成稀疏的，所以我们需要为稀疏数组选择一个好的实现方式。
+
+我之前提到了操作系统可以中断一个运行中的进程，保存它的状态，之后运行其它进程。这个机制叫做“上下文切换”。由于每个进程都有自己的页表，操作系统需要和MMU配合来保证每个进程拿到了正确的页表。在旧机器上，MMU中的页表信息在每次上下文切换时会被替换掉，开销非常大。在新的系统中，MMU的每个页表条目包含进程ID，所以多个进程的页表可以同时储存在MMU中。