這個概念在大概14年前第一次接觸，當(dāng)時本科的專業(yè)并不是計(jì)算機(jī)，記得當(dāng)時坐在圖書館里抱著一本書硬啃，一直想把這個概念弄清楚。

費(fèi)盡力氣卻仍然似是而非，似懂非懂，因此挫敗感很大；后來讀研后，方向一直不在這里，也沒有再去看，但是當(dāng)時抱著一本書“深入理解計(jì)算機(jī)系統(tǒng)”看了好多年，斷斷續(xù)續(xù)，仍然覺得沒有真正理解。

后來工作后，一頭扎在了各種小型芯片的設(shè)計(jì)中，各種ip的設(shè)計(jì)，各種SoC層面的調(diào)度調(diào)式，CPU性能加速優(yōu)化，和模擬的各種掰扯，和軟件一起定位各種奇怪的問題，因?yàn)閿?shù)字系統(tǒng)比較小，距離“虛擬存儲器”更加遙遠(yuǎn)了；后來又做了一個中型的系統(tǒng)，說是中型，也就是大幾百萬門的系統(tǒng)，但是在和軟件的各種扯皮中，確實(shí)看到了復(fù)雜系統(tǒng)軟件健壯性的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，定位問題的困難程度，可是仍然沒有接觸“虛擬存儲器”；再后來，終于看到了真正的大系統(tǒng)，正經(jīng)的正在做的芯片中使用了“虛擬存儲器”的概念。

終于，14年后，可以來談這個問題了。

看看沒有虛擬地址的處理器是怎么工作的，編譯環(huán)境除了將高級語言轉(zhuǎn)換成機(jī)器碼外，linker把眾多分散開發(fā)文件串起來，使得增量編譯

成為可能；同時loader就要考慮把多個獨(dú)立程序安排地址空間，例如操作系統(tǒng)，視頻驅(qū)動，display驅(qū)動，IO驅(qū)動，wifi驅(qū)動等。

他們存儲在nor-flash or nand flash等NVM中。注意這些程序大部分會使用相對的地址尋址(或長或短，提高存儲密度必然要求)，也有少量絕對跳轉(zhuǎn)地址，

這些絕對跳轉(zhuǎn)必須由loader（在這個語境下還是指 IDM PC環(huán)境）了解整個地址劃分，最后根據(jù)情況修改這些絕對跳轉(zhuǎn)地址；

然后程序開始執(zhí)行時，操作系統(tǒng)先初始化，然后加載各個進(jìn)程；

1. 指令

只是cache，不區(qū)分是誰的操作系統(tǒng)指令 or 進(jìn)程指令;

但如果要卸載某個程序，或者update，只能重新編譯，linker and loader；但這對于大型系統(tǒng)來說是不可接接受的；

因?yàn)榧偈鼓硞€程序卸載后，update后的程序比原來大，原來連續(xù)的地址空間不夠用了，只能看看哪里還有空缺

- 用不連續(xù)的兩塊nor flash區(qū)域拼接；

但是complier會很痛苦，因?yàn)閷?shí)際可能遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止2塊不連續(xù)，要處理address remap問題，即使是相對分支跳轉(zhuǎn)指令；

- 或者干脆找一塊足夠大的區(qū)域，導(dǎo)致內(nèi)存碎片，利用率不高；

note：當(dāng)然處理器不會關(guān)心這些復(fù)雜的事情，它只傻傻的執(zhí)行每一條指令規(guī)定的行為。

如果系統(tǒng)沒有cache，這些指令直接就流進(jìn)處理器；

如果系統(tǒng)有cache，它也傻傻的根據(jù)這些物理地址，一定的算法，例如LRU來管理高速緩存，因此對cache沒什么影響；

ps：注意支持虛擬存儲器與否，對cache沒什么影響；

2. 數(shù)據(jù)

這里的數(shù)據(jù)專指程序執(zhí)行過程產(chǎn)生的臨時數(shù)據(jù)，存儲在片上sram，or DDR中，而不是只一開始就存儲在nor flash中的literal data

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系統(tǒng)如果沒有d-cache(只有片上sram)，且沒有操作系統(tǒng)：所有全局變量，靜態(tài)變量，全部由編譯器分配好，稱之為heap，然后分配一塊向下生長的空間作為stack，編譯器會根據(jù)某種算法估計(jì)要給stack開辟多少空間，例如這個程序就是一個大的while(1) {}, 在結(jié)尾處wfi進(jìn)入休眠，由中斷驅(qū)動，

編譯器會計(jì)算最深的函數(shù)調(diào)用(stack向下生長最長) + 在這種情況下發(fā)生中斷保存現(xiàn)場stack需要；

但如果有“遞歸調(diào)用”則是另外一回事，編譯器可能并不知道實(shí)際工作情況，自然無法準(zhǔn)確預(yù)估stack需要；

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系統(tǒng)如果沒有d-cache(只有片上sram)，有操作系統(tǒng)：因?yàn)椴僮飨到y(tǒng)有內(nèi)存管理功能，一般programmer編程不當(dāng)(內(nèi)存要及時free)，會造成內(nèi)存泄露，這個和無操作系統(tǒng)場景不同；當(dāng)然也可能純粹應(yīng)用需要的太多，系統(tǒng)能力有限支持不了；

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系統(tǒng)有d-cache(只有片上sram)，有操作系統(tǒng)：和上一種區(qū)別不大，d-cache也是無腦工作，并不需要知道加載的到底是heap or stack，或者什么變量；

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問題：那么加入虛擬存儲器會 make a difference ？對編譯器沒什么影響，但是對系統(tǒng)卻有很大的影響。

分析：對于小型系統(tǒng)來說，各個程序系統(tǒng)開發(fā)者可以把關(guān)，并進(jìn)行測試保證系統(tǒng)穩(wěn)定性；

但對于大型系統(tǒng)來說，程序及其龐雜，開發(fā)者眾多，開發(fā)者水平不一；有第三方開發(fā)的軟件需要安裝，甚至有些有些惡意軟件要攻擊別的軟件；即某個程序可能異常可能會造成系統(tǒng)崩潰，或信息泄露，不管有意還是無意，最終導(dǎo)致這個后果。

審核編輯：黃飛