第 13 章 抽象：地址空间 ¶

终于，在年后追上了 Rust 内核项目的进度……比预期的晚了一些。（看时间线就知道忙了些什么七七八八的）

参考：rCore-Tutorial-Book-v3 # 地址空间

13.1 早期系统 ¶

早期的操作系统类似于函数库，在内存中从物理地址 0KB 开始到 64KB 结束，而应用程序则从物理地址 64KB 开始，继续使用剩余的内存。

物理内存的一部分用来保存操作系统（函数库）的代码和数据，余下的部分都交给应用来使用。

从功能上应用的内存数据可以分为几个段：

• 代码段
• 全局数据段
• 堆
• 栈
• ...

由于只有一个应用，如何调整布局是它自己的事情。

这个时期，内核提供给应用的访存视角一致，它们始终独占一块固定的内存区域，每个应用的开发者都基于这一认知来规划程序的内存布局。

（批处理系统也一样，只不过它会在下一个应用运行前清空上个应用占据的内存区域）

13.2 多道程序和时分共享 ¶

为了降低等待 I/O 操作带来的资源消耗，多道程序出现了。

为了提升用户的交互式体验，分时多任务系统诞生了。

这个时代的操作系统中会同时有多个程序在运行，当程序在等待 I/O 操作或执行足够长时间后时会被“暂停”，操作系统负责切换到另一个程序。

当它们处于暂停状态时，驻留在内存中的代码、数据该何去何从呢？

一种方式是将这些代码、数据存放到磁盘上，然后把即将换入的应用在磁盘上的代码、数据恢复到内存。

这种做法需要大量读写外部存储设备，而它们的速度都比 CPU 慢上几个数量级，这导致任务切换的开销过大，甚至完全不能接受。

因此，可以在进程切换的时候，仍将进程信息留在内存中，也就是内存中同时存放所有进程的内存，代价是需要限制每个应用的可用内存大小。

从应用开发的角度来看，这种做法给开发带来了一定困难，因为需要自己决定加载到哪个物理地址运行，要求开发者对硬件特性和使用方法有更多了解，额外的学习成本。

从内核的角度来看，应用能够直接访问物理内存，就也可以读取或修改其他进程（甚至操作系统）的内存，这是极大的安全隐患。

13.3 地址空间 ¶

以上是操作系统提供给运行程序的抽象，程序实际不在物理地址 0 ~ 16KB 的内存中，而是加载在任意的物理地址，程序会认为自己被加载到特定地址（例如 0）的内存中，并且具有非常大的地址空间，这都是虚拟化内存 (virtualizing memory) 的功劳，而程序访存使用的地址称为虚拟地址 (virtual address)。

从此，操作系统拥有了 特权级 + 地址空间 两重安全措施。

13.4 目标 ¶

“透明”这个说法不知来源，可能是想表达“不被感知”但是失败了，容易让人误会。含义其实与透明的直觉感受相反————“屏蔽”。下层屏蔽细节，把封装好的内容提供给上层。

作业 ¶

没有，开心。