這個概念在大概14年前第一次接觸，當時本科的專業并不是計算機，記得當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，但是當時抱著一本書“深入理解計算機系統”看了好多年，斷斷續續，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計中，各種ip的設計，各種SoC層面的調度調式，CPU性能加速優化，和模擬的各種掰扯，和軟件一起定位各種奇怪的問題，因為數字系統比較小，距離“虛擬存儲器”更加遙遠了；后來又做了一個中型的系統，說是中型，也就是大幾百萬門的系統，但是在和軟件的各種扯皮中，確實看到了復雜系統軟件健壯性的嚴峻挑戰，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，正經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，編譯環境除了將高級語言轉換成機器碼外，linker把眾多分散開發文件串起來，使得增量編譯

成為可能；同時loader就要考慮把多個獨立程序安排地址空間，例如操作系統，視頻驅動，display驅動，IO驅動，wifi驅動等。

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)，也有少量絕對跳轉地址，

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

然后程序開始執行時，操作系統先初始化，然后加載各個進程；

1. 指令

只是cache，不區分是誰的操作系統指令 or 進程指令;

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

因為假使某個程序卸載后，update后的程序比原來大，原來連續的地址空間不夠用了，只能看看哪里還有空缺

- 用不連續的兩塊nor flash區域拼接；

但是complier會很痛苦，因為實際可能遠遠不止2塊不連續，要處理address remap問題，即使是相對分支跳轉指令；

- 或者干脆找一塊足夠大的區域，導致內存碎片，利用率不高；

note：當然處理器不會關心這些復雜的事情，它只傻傻的執行每一條指令規定的行為。

如果系統沒有cache，這些指令直接就流進處理器；

如果系統有cache，它也傻傻的根據這些物理地址，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. 數據

這里的數據專指程序執行過程產生的臨時數據，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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系統如果沒有d-cache(只有片上sram)，且沒有操作系統：所有全局變量，靜態變量，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，編譯器會根據某種算法估計要給stack開辟多少空間，例如這個程序就是一個大的while(1) {}, 在結尾處wfi進入休眠，由中斷驅動，

編譯器會計算最深的函數調用(stack向下生長最長) + 在這種情況下發生中斷保存現場stack需要；

但如果有“遞歸調用”則是另外一回事，編譯器可能并不知道實際工作情況，自然無法準確預估stack需要；

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系統如果沒有d-cache(只有片上sram)，有操作系統：因為操作系統有內存管理功能，一般programmer編程不當(內存要及時free)，會造成內存泄露，這個和無操作系統場景不同；當然也可能純粹應用需要的太多，系統能力有限支持不了；

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系統有d-cache(只有片上sram)，有操作系統：和上一種區別不大，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，但是對系統卻有很大的影響。

分析：對于小型系統來說，各個程序系統開發者可以把關，并進行測試保證系統穩定性；

但對于大型系統來說，程序及其龐雜，開發者眾多，開發者水平不一；有第三方開發的軟件需要安裝，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崩潰，或信息泄露，不管有意還是無意，最終導致這個后果。

審核編輯：黃飛