宕機與記憶體的關係

　　從電腦出現至今就一直被宕機伴隨著，幾乎沒有誰的電腦從不遭遇宕機。在使用過程中，偶爾一次宕機應該算是正常現象，如果經常宕機，電腦就存在一定的問題了。那麼，電腦為什麼會宕機呢?有哪些因素會造成電腦宕機呢?要搞清楚這些問題，首先要弄清楚，到底什麼是宕機?為什麼會發生宕機?

　　造成宕機的原因是多種多樣的，有軟體問題，有硬體問題，不過，宕機的本質都是一樣的。

　　早在N年前，我主持某大學計算機專業本科生畢業答辯的時候，就向某學生提出過這樣兩個問題：

　　1.電腦宕機的時候，CPU在幹什麼***或者說，CPU處於什麼狀態?***”

　　2.在計算機中，無論指令程式碼還是資料程式碼，都是用二進位制來表示的，請問，CPU是如何判定某二進位制程式碼是指令程式碼還是資料程式碼?

　　其實，上面兩個問題的實質是一樣的，主要涉及到CPU是如何取得指令和如何執行指令的，把這兩個問題搞清楚了，宕機的問題也就容易理解了。

　　首先來看看，馮.諾依曼結構的電腦是如何取得指令、又是如何執行指令的：

　　馮.諾依曼***1903～1957***，匈牙利裔數學家，1945年戈德斯坦、勃克斯等人，聯名發表了一篇長達101頁紙的報告，即計算機史上著名的“101頁報告”，提出了現代計算機結構的理論模型--儲存程式計算機模型***Stored Program Computer***，這就是今天計算機最基本的原理模型。

　　這種結構型別計算機工作的時候，首先必須把完成工作步驟和相關的資料用二進位制程式碼表示出來***編寫程式***，然後再把它們儲存在計算機的記憶體中，CPU依次從記憶體中讀相關的指令程式碼和資料進行運算，直到完成整個運算過程並輸出結果。

　　要完成這樣的運算過程，人們在設計運算器***CPU***的時候，首先就要考慮的是，在一段記憶體中，CPU怎樣區分指令程式碼和資料程式碼。熟悉計算機的人都清楚，指令用來確定“做什麼”和“怎樣做”，資料是“做”的時候需要原始數。

　　比如：要計算機做1 2=?中，“ ”表示要做什麼和怎樣做，1和2則是做的時候需要的原始數。現在假設某CPU中，“ ”用二進位制“00000001”來表示，“1、2”分別用“00000001、00000010”來表示。那麼，這段程式存入記憶體中就是這樣的：

　　 前面的XXXX1 XXXX2 XXXX3表示記憶體的地址

　　從上面可以看出，“ ”指令和被加數是完全相同的，當然，這是我故意這樣假設的，但是，在實際情況中，這種情況是大量存在的。在正常情況下，CPU只能把XXXX1記憶體中的00000001作為指令，XXXX2記憶體中的00000001作為被加數才能得到正確的結果。那麼CPU如何才能做到不把第二個00000001也當成“ ”呢?

　　1.人們把記憶體的某個地址規定為起始地址***又稱為復位地址***，也就是說，當計算機開機或者被強行復位***也就是機箱上那個重啟動按鈕按下的的時候***，CPU立即跳轉到這個地址中，並且把它裡面的程式碼作為指令來執行，同時根據這個指令的長度和格式判斷下一條指令在什麼地方。

　　對於X86系列CPU***也就是現在人們常用的什麼奔XX、賽XX系列***，它的復位地址是FFFF0,如果表示成邏輯地址則是：

　　用DEBUG執行一條指令***這是一條無條件跳轉指令***：jmp

　　2.給各種指令規定了相應的長度和格式。比如：某數 某數這條指令就規定：這條指令的長度是3個位元組，其中第一個位元組表示“ ”，後面兩個位元組表示被加數和加數。於是，當CPU到達這個指令後，就自動把第一個程式碼作為指令，後面兩個程式碼作為資料，依次類推，第4個程式碼就必然是指令.....

　　現在假設，CPU在執行指令的時候因某種原因，誤把本來是資料的程式碼當成了指令，結果除了是計算結果出錯外宕機也就是必然的了。

　　還是以前面那個加法程式為例：當CPU把第三個程式碼***也就是00000010***當成了指令，而恰好這個程式碼是一跳轉指令，CPU的執行結果將是：XXXX3--跳轉--執行--跳轉--執行........進入周而復始的亂條,不過注意，雖然是在亂跳，CPU卻始終是在不停的正常地執行指令，所謂的“亂”是對使用者而言，對CPU來說卻是正常的。

　　還有一種情況就是，如果恰好跳轉到了

　　有朋友可能會問，記憶體中怎麼可能有如此多的跳轉指令呢?是怎麼形成的呢?

　　計算機中的最小儲存單位是位元組***8個二進位制位***，指令功能、長度和格式也是在一個位元組中規定的。因此，平均來說，每256個程式碼中就有可能出現一條跳轉指令***8位二進位制數最多表示256***。

　　還有一種情況：現在計算機的記憶體已經達到數G的儲存容量，絕大多數都不可能用到這個極限，也就是說，有相當長一段區域是空白，即使記憶體只有數百M的計算機中也不可能把記憶體用完，同樣存在相當數量的空白區域。特別需要注意的是，空白區域不等於裡面就沒有程式碼。因為，在數字邏輯電路中，不可能存在“沒有”這種情況，即使是表示沒有***叫做“空”--NULL***也是要用一個程式碼來表示的***NULL用00000000***來表示，所以，空白區域內的程式碼是“11111111”或者乾脆就是一些隨機程式碼。X86系列的CPU“11111111”是一條單位元組的指令nop--空操作指令，當CPU跳轉到這些空白區域時，雖然不會發生再次跳轉的現象，CPU也會逐條執行這些程式碼，執行到最後一個記憶體後，CPU將會回到記憶體的0號起始地方然後又從頭開始執行程式。

　　有朋友問了，如果硬碟出錯會不會宕機呢?這個問題要這樣看。CPU從硬碟中調入資料的時候會對硬碟資料做比較嚴格的校驗***一般是CRC--迴圈冗餘校驗***，如果校驗成功，則不會宕機，如果校驗失敗，CPU會給予使用者提示“校驗失敗或者檔案損壞”--當然也不會宕機;只有在硬碟上的檔案已經損壞，硬碟把資料傳給CPU的時候“自己沒有發現”造成的資料混亂。所以，硬碟資料損壞後，只能造成資料丟失，無法執行程式，也可能無法啟動計算機。不過，有一種情況例外，那就是硬碟上的某區域做成的虛擬記憶體，如果這個區域損壞是有可能宕機。

　　記憶體的啟動監測問題，計算機在開機的時候會對記憶體進行檢測，這種檢測的方法不外乎有如下一些：

　　1.最簡單的檢測方法：把記憶體從頭到尾讀一遍，能夠讀出資料便認為記憶體正確。

　　2.稍微複雜一些的檢測方法：把記憶體從頭到尾讀、寫一遍，能夠讀寫資料便認為記憶體正確。

　　3.再複雜一些的檢測方法：把記憶體從頭到尾讀、寫數遍能夠讀寫資料便認為記憶體正確。

　　4.簡單的校驗檢測方法：把記憶體從頭到尾讀、寫數遍，讀出的資料和寫入的資料進行比較，能夠讀寫、並且讀的資料和寫的資料相同，則認為記憶體正確

　　5.比較複雜的校驗檢測方法：對記憶體讀寫的資料同時進行奇偶校驗和CRC校驗，這種方法多用於高檔伺服器，同時，能夠做奇偶校驗的記憶體***ECC記憶體***價格比普通記憶體貴10倍以上***不知道為什麼***。