32. Понятие виртуальной памяти

Виртуализация памяти может быть осуществлена на основе двух различных подходов:

Свопинг (swapping) — образы процессов выгружаются на диск и возвращаются в оперативную память целиком;

Виртуальная память (virtual memory) — между оперативной памятью и диском перемещаются части (сегменты, страницы и т. п.) образов процессов.

Свопинг представляет собой частный случай виртуальной памяти и, следовательно, более простой в реализации способ совместного использования оперативной памяти и диска. Однако подкачке свойственна избыточность – она замедляет работу системы, а также приводит к неэффективному использованию памяти. Системы, поддерживающие свопинг не способны загрузить для выполнения процесс, виртуальное адресное пространство которого превышает имеющуюся в наличии свободную память. Именно из-за указанных недостатков почти не используется в современных ОС.

Виртуальная память - механизм, который заключается в том, что при нехватке места в оперативной памяти на диск выгружаются только части образов процессов. Ключевой проблемой виртуальной памяти является преобразование виртуальных адресов в физические. Решение этой проблемы, в свою очередь, зависит от того, какой способ структуризации виртуального адресного пространства принят в данной системе управления памятью. Механизм ВП громоздкий => задержки и снижение производительности. Но процессы работают с “иллюзией” использования физической памяти.

Виртуальное адресное пространство - совокупность виртуальных адресов процесса. И эта совокупность может превышать объем физической памяти. Разные виртуальные адресные пространства отображаются на разные участки физической памяти и поэтому никакой путаницы не происходит.

Структура виртуального адресного пространства

1 подход: плоское ВАП: весь набор вирт. адресов линейн => чтобы добраться до нужного байта, н

соответственно виртуальным адресом является одно число, символизирующее смещение от начала ВАП до байта, к которому происходит обращение

2 подход: сегментированное ВАП: придумали следующую конструкцию, что адрес (тогда еще физический) будет храниться в двух компонентах адреса (сегмент и смещение). Сегментированное ВАП это совокупность (набор) сегментов. Сегменты - это участки памяти (внутри сегментов байты пронумерованы последовательно. Здесь виртуальным адресом является пара чисел (сегмент и смещение внутри сегмента)

3 подход: гибрид плоского и сегментированного ВАП когда мы имеем в основе плоское ВАП (то есть у каждого байта в пределах ВАП есть свой линейный (последовательный) номер, а на это пространство (плоское) накладывают сегментацию. Появляется возможность один и тот же байт адресовать двумя способами: линейно или сегментировано

33.Страничное распределение памяти.

Виртуальное адресное пространство процесса делится на части одинакового, фиксированного для данной системы размера, называемые виртуальными страницами. Вся оперативная память машины также делится на части такого же размера, называемые физическими страницами. Размер страницы выбирается кратным степени двойки. При загрузке процесса часть его виртуальных страниц помещается в оперативную память, а остальные - на диск. Для каждого процесса ОС создает таблицу страниц – информационную структуру, содержащую записи обо всех виртуальных страниц процесса.

Дескриптор страницы включает в себя следующую информацию:

• номер физической страницы, в которую загружена данная виртуальная страница;

• признак присутствия;

• признак модификации;

• признак обращения.

Признаки присутствия, модификации и обращения в большинстве моделей современных процессоров устанавливаются аппаратно. Таблицы страниц, также как и описываемые ими страницы, размещаются в оперативной памяти. Адрес таблицы страниц включается в контекст соответствующего процесса. При активизации очередного процесса в специальный регистр процессора загружается адрес таблицы страниц данного процесса. При каждом обращении к памяти происходит чтение из таблицы страниц информации о виртуальной странице, к которой произошло обращение. Если данная виртуальная страница находится в оперативной памяти, то выполняется преобразование виртуального адреса в физический. Если же нужная виртуальная страница в данный момент выгружена на диск, то происходит так называемое страничное прерывание. Выполняющийся процесс переводится в состояние ожидания, и активизируется другой процесс из очереди готовых.

Параллельно программа обработки страничного прерывания находит на диске требуемую виртуальную страницу и пытается загрузить ее в оперативную память. Если в памяти имеется свободная физическая страница, то загрузка выполняется немедленно, если же свободных страниц нет, то решается вопрос, какую страницу следует выгрузить из оперативной памяти. В данной ситуации может быть использовано много разных критериев выбора, наиболее популярные из них следующие:

• дольше всего не использовавшаяся страница;

• первая попавшаяся страница;

• страница, к которой в последнее время было меньше всего обращений.

После того, как выбрана страница, которая должна покинуть оперативную память, анализируется ее признак модификации (из таблицы страниц). Если выталкиваемая страница с момента загрузки была модифицирована, то ее новая версия должна быть переписана на диск. Если нет, то соответствующая физическая страница просто объявляется свободной.