第6章笔记：内存管理与虚拟内存

本章问题

把地址翻译、分配、替换和抖动连成可计算的访问链。 本章不是七个术语的并列清单，而是一条从可观察现象到内部状态、从内部状态到工程证据的因果链。学习时始终标出对象身份、队列或表项、触发事件、权限边界和不可破坏的不变量。

七节机制连接

• 地址空间与重定位：链接地址、逻辑地址和物理地址由装载与MMU映射连接，保护检查必须先于物理访问；实验入口为给基址、界限和逻辑地址计算物理地址，对越界地址返回保护异常；反查边界是地址位数只说明表示范围，不说明所有地址都已映射或可访问。
• 连续分配、碎片与伙伴系统：首次/最佳/最坏适配影响外部碎片，伙伴系统用二次幂块换取快速合并；实验入口为按请求序列在128KiB区域执行分配释放，画空闲链并计算内部与外部碎片；反查边界是空闲总量足够不代表存在足够大的连续块；碎片率必须说明定义。
• 分页、页表与TLB：虚拟页号索引页表得到页框，页内偏移保持不变；TLB缓存近期翻译而非数据；实验入口为对32位地址、4KiB页拆VPN与offset，分别计算TLB命中、页表命中和缺页路径；反查边界是TLB未命中不等于缺页；页表项还含有效、权限、访问和修改等状态。
• 多级页表与反向页表：多级页表只为用到的地址范围分配下级表，反向页表按物理页框记录拥有者；实验入口为给48位虚拟地址与四级索引位数计算最坏页表访问次数和覆盖范围；反查边界是巨大页减少TLB压力却增加内部碎片与迁移成本，不能全局默认开启。
• 请求分页、工作集与抖动：缺页处理要定位页、选择页框、必要时写回、读入并重启指令；工作集近似近期活跃页面；实验入口为逐页追踪两个进程的驻留集和缺页率，识别总工作集超过物理页框后的抖动；反查边界是高CPU利用率不是加进程的充分理由；抖动时增加并发度会进一步恶化。
• 实验：FIFO与Belady异常：页替换模拟器维护页框集合与进入顺序，缺页才替换最早进入页面；实验入口为输入引用串与页框数，输出FIFO缺页次数，并比较3框与4框是否出现Belady异常；反查边界是首次装入也计缺页；增加页框对FIFO不保证单调，但栈算法LRU具有包含性质。
• 实验：LRU与CLOCK替换：LRU记录最近访问次序，CLOCK用访问位近似并循环寻找牺牲页；实验入口为同一引用串分别输出LRU与CLOCK缺页数，附至少四组边界测试；反查边界是CLOCK结果受指针初始位置和访问位置更新规则影响，题面必须明确定义。

请给七节画依赖箭头：前一节留下的状态或接口怎样成为下一节输入？每条箭头补单位、事件或保护条件。若任何一节可以随意搬走且不影响上下文，说明你还没有建立章内联系。

章内实验

选择本章至少一个代码实验，从空环境运行全部内联测试，再新增一个资源耗尽、非法迁移、同刻事件或崩溃输入。保存输入、输出、参考模型、首个偏差和修复后的回归证据。不可复现的睡眠竞态或人工截图不算实验结果。

错题闭环

把错误编码为对象混淆、状态跳步、单位错误、队列顺序、竞态遗漏、权限越界或恢复假设。不要只写粗心。一周后更换数字和事件顺序重做阶段卷；能在新输入下重建机制而非记住答案，才算迁移成功。