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Update lec 8 spoc discussion #37

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Update lec 8 spoc discussion #37

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68 changes: 58 additions & 10 deletions all/04-1-spoc-discussion.md
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Expand Up @@ -20,45 +20,81 @@ re_os_lab, v9_cpu, os_course_spoc_exercises 　in github repos。这样可以在

1. 寄存器、高速缓存、内存、外存的访问特征？
* 位置、是否有软件参与访问、访问频率

{%s%}
寄存器位于CPU芯片内部，由编译器或者程序指定其访问和使用，其使用频率最高。
高速缓存位于CPU的内部，具有多级缓存的多核CPU其L1,L2 级缓存由单核独享，L3级缓存由多核共享。其访问频率低于寄存器。当需要访问内存时，CPU会自动先在高速缓存中寻找相应的内容，如找不到再去内存中寻找，因此没有软件参与。
内存位于主板上，其访问频率低于高速缓存，由软件显式访问。
外存访问频率最低，由软件显式访问。
{%ends%}
1. 在你写程序时遇到过内存不够的情况吗？尝试过什么解决方法？
{%s%}
有。在Linux平台上，使用ulimit调整内存使用大小限制。{%ends%}

### 8.2 覆盖和交换

1. 什么是覆盖技术？使用覆盖技术的程序开发者的主要工作是什么？

{%s%}由于程序运行时并非任何时候都要访问程序及数据的各个部分（尤其是大程序），因此可以把用户空间分成一个固定区和若干个覆盖区。将经常活跃的部分放在固定区，其余部分按调用关系分段。首先将那些即将要访问的段放入覆盖区，其他段放在外存中，在需要调用前，系统再将其调入覆盖区，替换覆盖区中原有的段。
由上可知，开发者需要定义程序之间的调用关系。
{%ends%}
1. 什么是交换技术？覆盖与交换有什么不同？

{%s%} 把处于等待状态（或在CPU调度原则下被剥夺运行权利） 的程序从内存移到辅存，把内存空间腾出来，这一过程又叫换出；把准备好竞争CPU运行的程序从辅存移到内存，这一过程又称为换入。
覆盖技术对应的是一个程序，而交换技术是多个程序之间。覆盖掉的程序是不需要再运行的，同时也不需要再载入内存，而交换出去的程序就绪后就会被交换回来。{%ends%}

1. 如何分析内核模块间的依赖关系？

{%s%} 在Linux中使用depmod。{%ends%}

1. 如何内核模块间的函数调用列表？

{%s%}
在Linux中使用nm命令或利用kallsyms机制，查看内核所需要的所有函数。{%ends%}

### 8.3 局部性原理

1. 什么是时间局部性、空间局部性和分支局部性？

{%s%}
时间局部性：被引用过一次的存储器位置在未来会被多次引用.
空间局部性：如果一个存储器的位置被引用，那么将来他附近的位置也会被引用
分支局部性：一个跳转指令的两次执行，很可能跳到相同的内存位置。{%ends%}
1. 如何提高程序执行时的局部性特征？

{%s%}
根据程序的时间局部性和空间局部性，对相邻的数据的访问安排其在时间上相邻。
根据分支局部性原理，可以使用编译器的一些扩展如likely和unlikely进行辅助。
{%ends%}
1. 排序算法的局部性特征？
* 参考：[九大排序算法再总结](http://blog.csdn.net/xiazdong/article/details/8462393)

### 8.4 虚拟存储概念

1. 什么是虚拟存储？它与覆盖和交换的区别是什么？它有什么好处和挑战？


{%s%}
虚拟存储就是将一个程序的不常用的部分内存块暂存到外存中。之后由处理器通知操作系统将相应的页面调入内存中。
和覆盖交换相比其并不需要程序员介入。和交换相比，虚拟存储可以交换程序的一部分。
虚拟存储的好处有：物理内存分配的空间不再需要连续，虚拟地址空间的使用也不需要连续。可以提供给用户大于实际物理内存的地址空间。同时支持部分程序的换入换出。
{%ends%}
### 8.5 虚拟页式存储

1. 什么是虚拟页式存储？缺页中断处理的功能是什么？

{%s%} 将虚拟存储的单位设置为页即可。在页式存储的基础上添加请求调页和页面置换。
缺页中断处理的功能是将对应的在外存中的页面调进内存中来。
{%ends%}
1. 为了支持虚拟页式存储的实现，页表项有什么修改？

{%s%}
需要添加一个驻留位，表示该表是否在物理内存中。修改位，表示页是否修改过。访问位，表示最近一段时间内该页是否被访问过。保护位，表示该页的访问权限。{%ends%}
2. 页式存储和虚拟页式存储的区别是什么？
{%s%}
虚拟页式存储支持请求调页和页面置换。{%ends%}

### 8.6 缺页异常

1. 缺页异常的处理流程？

{%s%}
https://chyyuu.gitbooks.io/simple_os_book/content/zh/chapter-3/handle_pages_fault.html
{%ends%}

## 个人思考题

Expand Down Expand Up @@ -86,16 +122,28 @@ time ./goodlocality
```
可以看到其执行时间。

{%s%}
将最内层循环中的ij交换位置。
{%ends%}

## 小组思考题目
----

### 缺页异常嵌套

（1）缺页异常可用于虚拟内存管理中。如果在中断服务例程中进行缺页异常的处理时，再次出现缺页异常，这时计算机系统（软件或硬件）会如何处理？请给出你的合理设计和解释。
{%s%}
对于计算机硬件来说，异常通常是不可屏蔽的。对于操作系统来说，需要将当前的执行上下文保存起来，去执行新的异常处理程序即可。
https://www.safaribooksonline.com/library/view/understanding-the-linux/0596005652/ch04s03.html
{%ends%}

### 缺页中断次数计算
（2）如果80386机器的一条机器指令(指字长4个字节)，其功能是把一个32位字的数据装入寄存器，指令本身包含了要装入的字所在的32位地址。这个过程最多会引起几次缺页中断？
> 提示：内存中的指令和数据的地址需要考虑地址对齐和不对齐两种情况。需要考虑页目录表项invalid、页表项invalid、TLB缺失等是否会产生中断？
{%s%}
> 提示：内存中的指令和数据的地址需要考虑地址对齐和不对齐两种情况。需要考虑页目录表项invalid、页表项invalid、TLB缺失等是否会产生中断？
在X86架构中，TLB不在内存中，因此不属于虚拟内存，TLB的缺失不会产生中断。
加载指令过程。加载指令时，若该指令不对齐，且页目录表项，页表项都invalid，则加载半条指令会产生中断3次，整条指令产生中断6次。同理，加载装入的字页会产生6次中断，一共12次。
{%ends%}

### 虚拟页式存储的地址转换

Expand Down Expand Up @@ -154,7 +202,7 @@ Virtual Address 0330(0 00000 11001 1_0000):
page 6c: e1 b5 a1 c1 b3 e4 a6 bd 7f 7f 7f 7f 7f 7f 7f 7f
7f 7f 7f 7f 7f 7f 7f 7f 7f 7f 7f 7f 7f 7f 7f 7f
page 61: 7c 7f 7f 4e 4a 7f 3b 5a 2a be 7f 6d 7f 66 7f a7
69 96 7f c8 3a 7f a5 83 07 e3 7f 37 62 30 7f 3f
69 96 7f c8 3a 7f a5 83 07 e3 7f 37 62 30 7f 3f
--> pte index:0x19(11001) pte contents:(0xe3, 1 110_0011, valid 1, pfn 0x63)
page 63: 16 00 0d 15 00 1c 1d 16 02 02 0b 00 0a 00 1e 19
02 1b 06 06 14 1d 03 00 0b 00 12 1a 05 03 0a 1d
Expand All @@ -165,9 +213,9 @@ Virtual Address 1e6f(0 001_11 10_011 0_1111):
page 6c: e1 b5 a1 c1 b3 e4 a6 bd 7f 7f 7f 7f 7f 7f 7f 7f
7f 7f 7f 7f 7f 7f 7f 7f 7f 7f 7f 7f 7f 7f 7f 7f
page 3d: f6 7f 5d 4d 7f 04 29 7f 1e 7f ef 51 0c 1c 7f 7f
7f 76 d1 16 7f 17 ab 55 9a 65 ba 7f 7f 0b 7f 7f
7f 76 d1 16 7f 17 ab 55 9a 65 ba 7f 7f 0b 7f 7f
--> pte index:0x13 pte contents:(0x16, valid 0, pfn 0x16)
disk 16: 00 0a 15 1a 03 00 09 13 1c 0a 18 03 13 07 17 1c
disk 16: 00 0a 15 1a 03 00 09 13 1c 0a 18 03 13 07 17 1c
0d 15 0a 1a 0c 12 1e 11 0e 02 1d 10 15 14 07 13
--> To Disk Sector Address 0x2cf(0001011001111) --> Value: 1c
```
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