3. Разрывные методы распределения памяти

При этом способе задаче память задаче выделяется не сплошной областью, а фрагментами. Для этого требуется аппаратная поддержка для ведения относительной адресации. Виртуальный адрес представляется состоящим из двух полей. Первое поле указывает часть программы, с которой сейчас осуществляется работа для определения местоположения этой части в памяти, а второе поле виртуального адреса помогает найти нужную ячейку относительно найденного адреса.

Существуют три способа организации виртуальной памяти для реализации разрывных методов: сегментный, страничный и сегментно-страничный.

О первых двух уже мы говорили при рассмотрении особенностей архитектуры микропроцессоров i80x86.

Вспомним:

Сегментная организация виртуальной памяти состоит в том, что программа разбивается на логические элементы (например, блоки, процедуры) ─ так называемые сегменты разной длины, которые размещаются в памяти как до определенной степени самостоятельная единица. Логически обращение к элементам программы будет представляться как указание имени сегмента и смещения относительно начала этого сегмента. Физическое имя сегмента (его порядковый номер) будет соответствовать некоторому адресу, с которого этот сегмент начинается при его размещении в памяти, и смещение должно прибавляться к этому базовому адресу. Таким образом, адрес для этого способа состоит из двух полей: номер сегмента и смещение относительно сегмента. Каждый сегмент, размещаемый в памяти, имеет соответствующую информационную структуру, называемую дескриптором сегмента.

Страничная организация виртуальной памяти состоит в том, что все фрагменты программы, на которые она разбивается произвольным образом, имеют одинаковую длину. Эти одинаковы части называют страницами и говорят, что память разбивается на физические страницы, а программа ─ на виртуальные страницы. Часть виртуальных страниц задачи размещается в оперативной памяти, а часть ─ во внешней. Величина страницы выбирается кратной степени двойки. Таким образом, вместо одномерного адресного пространства можно говорить о двумерном. Первая координата адресного пространства ─ это номер страницы, а вторая ─ номер ячейки внутри выбранной страницы (его называют индексом). Таким образом, физический адрес определяется парой (Pp,i), а виртуальный адрес ─ парой (P_ν,i), где P_ν ─ номер виртуальной страницы, Pp ─ номер физической страницы, i ─ индекс ячейки внутри страницы. Количество битов, отводимое под индекс, определяет размер страницы, а количество битов, отводимое под номер виртуальной страницы ─ объем возможной виртуальной памяти, которой может воспользоваться программа. При это нет необходимости ограничивать число виртуальных страниц числом физических, то есть не поместившиеся страницы можно размещать во внешней памяти, которая в этом случае служит расширением оперативной. Для отображения виртуального адресного пространства задачи на физическую память для каждой задачи, как и в случае сегментного способа, необходимо иметь таблицу страниц для трансляции адресных пространств. Для описания каждой страницы диспетчер памяти ОС заводит соответствующий дескриптор.

При сегментно-страничном способе организации виртуальной памяти виртуальный адрес состоит из трех компонентов: сегмент, страница, индекс. Этот способ организации памяти вносит еще большую задержку доступа к памяти. Сначала надо вычислить адрес дескриптора сегмента и прочитать его, затем вычислить адрес элемента таблицы страниц этого сегмента и извлечь из памяти необходимый элемент, и только потом можно к номеру физической страницы приписать номер ячейки в странице (индекс). Этот способ в ПК практически не используется (значительные затраты вычислительных ресурсов), хотя его возможность заложена в микропроцессорах i80x86. Его используют в дорогих, мощных вычислительных системах.