计算机内存相关知识总结

计算机内存系统核心知识总结

本质：栈帧本质上是一个函数的活动记录，用于存储函数的局部变量、参数、返回地址等信息。
栈溢出防护 ：
- 代码层面 ：使用安全的字符串函数，如 strncpy 替代 strcpy，避免缓冲区溢出。
- 编译器层面 ：GCC 默认开启 -fstack-protector 选项，在函数栈中插入保护字（canary）来检测栈溢出攻击。

存储器主要分为两大类：

类型	全称	特点	典型应用
ROM	只读存储器（Read-Only Memory）	内容通常只能读取，不能随意写入。	存储固件、BIOS
RAM	随机存取存储器（Random Access Memory）	可读可写，断电后数据丢失。	用作系统主内存

类型	全称	特点	典型应用
SRAM	静态随机存取存储器（Static RAM）	速度快、造价高、不需要刷新。	CPU 内部的高速缓存（L1, L2, L3）
DRAM	动态随机存取存储器（Dynamic RAM）	速度相对慢、造价低、需要定期刷新。	内存条（主内存）

作用：缓存是处理器和主内存之间的高速桥梁，用于弥补 CPU 高速与内存低速之间的差距。
层级：通常为多层结构，如 L1、L2、L3 缓存，速度逐级降低，容量逐级增大。L1分指令缓存和数据缓存，L1存取速度4个cpu时钟周期，L2 11个，L3 39个 RAM内存的存取速度107个 L1大部分32KB 一个cache line为64Bytes 共有512条cache line 如果有8组则每一路有64*64=4096Byts .为方便索引内存地址Tag：每条 Cache Line 前都会有一个独立分配的 24 bits来存的 tag，其就是内存地址的前24bits
• Index：内存地址后续的6个bits则是在这一Way的是Cache Line 索引，2^6 = 64 刚好可以索引64条Cache Line
• Offset：再往后的6bits用于表示在Cache Line 里的偏移量https://coolshell.cn/articles/20793.html
管理单元 ：
- 缓存块（Cache Block / Cache Line）：缓存进行数据管理的最小单元。
- 容量计算：整个缓存容量 = 组数 × 路数 × 缓存块大小。

缓存设计基于以下两个关键的局部性原理：

原理	定义	对缓存设计的启示
时间局部性	被访问过一次的内存位置，在短时间内很可能再次被访问。	将最近访问过的数据保留在缓存中。
空间局部性	被访问过的某个内存位置附近的位置，不久后也大概率会被访问。	缓存加载数据时，会一次性加载一个缓存块（包含目标地址及其相邻数据）。

结论：正是基于程序访问内存所表现出的这些规律性（局部性），计算机系统才设计了多级缓存结构，从而显著提升了程序的整体执行效率。