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1 《Undocumented Windows 2000 Secrets》翻譯 --- 第四章( 二 )

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80286 CPU 引入了另一種模式，稱為：受保護(hù)的虛擬地址模式，或者簡(jiǎn)單的稱之為：保護(hù)模式 。該模式提供的內(nèi)存模型中使用的物理地址不再是簡(jiǎn)單的將線性地址和段基址相加 。為了保持與 8086 和 80186 的向后兼容， 80286 仍然使用段寄存器，但是在切換到保護(hù)模式后，它們將不再包含物理段的地址 。替代的是，它們提供了一個(gè)選擇器（ selector ），該選擇器由一個(gè)描述符表的索引構(gòu)成 。描述符表中的每一項(xiàng)都定義了一個(gè) 24 位的物理基址，允許訪問(wèn) 16MB RAM ，在當(dāng)時(shí)這是一個(gè)很不可思議的數(shù)量 。不過(guò)， 80286 仍然是 16 位 CPU ，因此線性地址空間仍然被限制在 64KB。
1985 年的 80386 CPU 突破了這一限制 。該芯片最終砍斷了 16 位尋址的鎖鏈，將線性地址空間推到了 4GB ，并在引入 32 位線性地址的同時(shí)保留了基本的選擇器 / 描述符架構(gòu) 。幸運(yùn)的是， 80286 的描述符結(jié)構(gòu)中還有一些剩余的位可以拿來(lái)使用 。從 16 位遷移到 32 位地址后， CPU 的數(shù)據(jù)寄存器的大小也相應(yīng)的增加了兩倍，并同時(shí)增加了一個(gè)新的強(qiáng)大的尋址模型 。真正的 32 位的數(shù)據(jù)和地址為程序員帶了實(shí)際的便利 。事實(shí)上，在微軟的 Windows 平臺(tái)真正完全支持 32 位模型是在好幾年之后 。Windows NT 的第一個(gè)版本在 1993 年 7 月 26 日發(fā)布，實(shí)現(xiàn)了真正意義上的 Win32 API。但是 Windows 3.x 程序員仍然要處理由獨(dú)立的代碼和數(shù)據(jù)段構(gòu)成的 64KB 內(nèi)存片， Windows NT 提供了平坦的 4GB 地址空間，在那兒可以使用簡(jiǎn)單的 32 位指針來(lái)尋址所有的代碼和數(shù)據(jù)，而不需要分段 。在內(nèi)部，當(dāng)然，分段仍然在起作用，就像我在前面提及的那樣 。不過(guò)管理段的所有責(zé)任都被移給了操作系統(tǒng) 。
80386 的另一個(gè)新特性是在硬件上支持分頁(yè)，確切的來(lái)說(shuō)是：請(qǐng)求式分頁(yè)的虛擬內(nèi)存 。這種技術(shù)允許一個(gè)不同于 RAM 的存儲(chǔ)介質(zhì) ---- 硬盤來(lái)為內(nèi)存提供支持，例如，在允許分頁(yè)時(shí)， CPU 通過(guò)將最近最少訪問(wèn)的內(nèi)存數(shù)據(jù)置換到備份存儲(chǔ)器中，從而為新的數(shù)據(jù)騰出空間，這樣就能訪問(wèn)比可用物理內(nèi)存更大的內(nèi)存空間 。理論上來(lái)說(shuō)，可以使用此種方式訪問(wèn) 4GB 的連續(xù)線性地址空間，提供的備份介質(zhì)必須足夠的大 --- 即 使只安裝了非常少的物理內(nèi)存 。當(dāng)然，分頁(yè)并不是訪問(wèn)內(nèi)存的最快方式，最好還是能提供盡可能多的物理內(nèi)存 。但是，這是處理大量數(shù)據(jù)的最好辦法，即使這些數(shù)據(jù) 超過(guò)了可用物理內(nèi)存 。例如，圖形和數(shù)據(jù)庫(kù)程序都需要一大塊工作內(nèi)存，如果沒(méi)有分頁(yè)機(jī)制的話，其中的某些程序就無(wú)法在低檔的 PC 系統(tǒng)中運(yùn)行 。
【1 《Undocumented Windows 2000 Secrets》翻譯 --- 第四章】80386 分頁(yè)的模式是將內(nèi)存劃分為 4KB 或 4MB 大小的頁(yè) 。操作系統(tǒng)的設(shè)計(jì)者可以在二者之間自由的選擇，也可混合使用這兩個(gè)大小的頁(yè)面 。稍后，我會(huì)介紹 Windows 2000 采用的混合大小方案：由操作系統(tǒng)使用 4MB 的頁(yè)面，而 4KB 頁(yè)面由剩余的代碼和數(shù)據(jù)使用 。這些頁(yè)面由分層結(jié)構(gòu)的頁(yè)表樹(shù)管理，該頁(yè)表樹(shù)記錄當(dāng)前位于物理內(nèi)存中的頁(yè)，同時(shí)還記錄了每個(gè)頁(yè)是否實(shí)際的位于物理內(nèi)存中 。如果指定頁(yè)已被置換到了硬盤上，而某些模塊觸及了位于這些頁(yè)中的地址， CPU 就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)缺頁(yè)中斷（這與外圍硬件產(chǎn)生的中斷類似） 。接下來(lái)，位于操作系統(tǒng)內(nèi)核中的缺頁(yè)中斷處理例程會(huì)試圖將該頁(yè)再次調(diào)入物理內(nèi)存，這可能需要將另一塊內(nèi)存中的數(shù)據(jù)寫入硬盤以騰出空間 。通常，系統(tǒng)采用最近最少（ LRU ）算法來(lái)確定哪個(gè)頁(yè)可以被置換出去 ?，F(xiàn)在可以很清楚地看到為什么有時(shí)將這個(gè)過(guò)程稱為 ---- 請(qǐng)求式分頁(yè)（ demand paging ）：即，由軟件提出請(qǐng)求，然后根據(jù)操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序使用的內(nèi)存的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，將物理內(nèi)存中的數(shù)據(jù)移動(dòng)到后備存儲(chǔ)設(shè)備中 。

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