CPU和MMU(内存管理单元)

CPU的架构:要求能够理解从源程序到微指令的整个经历过程:存储器的层次结构(网络资源下载到硬盘、磁盘缓存、内存、Cache、寄存器);CPU的四大部分:ALU、CU、中断系统和寄存器;程序执行的整个过程(高级语言机器、汇编语言机器、操作系统机器、机器语言机器和微指令系统)。

进程控制块PCB位于内核空间。

MMU(内存管理单元):包括从逻辑地址到虚拟地址(线性地址)再到内存地址的变换过程、页式存储管理、段式存储管理、段页式存储管理、虚拟存储管理(请求分页、请求分段、请求段页)。 MMU位于CPU内部,可以假想为一个进程的所需要的资源都放在虚拟地址空间里面,而CPU在取指令时,机器指令中的地址码部分为虚拟地址(线性地址),需要经过MMU转换成为内存地址,才能进行取指令。MMU完成两大功能:1.虚拟地址到内存地址的地址变换;2.设置修改CPU对内存的访问级别。比如在Linux的虚拟地址空间中,3-4G为内核空间,访问级别最高,可以访问整个内存;而0-3G的用户空间只能访问用户空间的内容。其实这也是由MMU的地址变换机制所决定的。对于Inter(英特尔)CPU架构,CPU对内存的访问设置了4个访问级别:0、1、2、3(如上图所示),0最高,4最低。而Linux下,只是使用了CPU的两种级别:0、3。CPU的状态属于程序状态字PSW的一位,系统模式(0),用户模式(1),CPU交替执行操作系统程序和用户程序。0级对应CPU的内核态(特权态、管态、系统态),而3级对应用户态(普通态或目态),这其实是对内核的一种保护机制。例如,在执行printf函数的时候,其本身是在用户空间执行,然后发生系统调用,调用系统函数write将用户空间的数据写入到内核空间,最后把内核的数据刷到(fsync)磁盘上,在这个过程中,CPU的状态发生了变化,从0级(用户态)到3级(内核态)。

综上,MMU只是在读内存和写内存完成地址变换,以及更改CPU的访问级别。

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