• Виртуальная память

• Проблемы физической памяти:

  • ограниченность памяти;

  • линейность адресации памяти;

  • работа в режиме мультизадачности.

• В большинстве современных компьютерных систем физическая основная память не так велика, как используемое процессором адресное пространство.

• Данные могут храниться не по тем адресам, которые заданы в программе. Схемы управления памятью преобразуют указанный в программе адрес в другой, используемый для доступа к физической памяти. Сгенерированный процессором адрес называют виртуальным или логическим.

• Виртуальная память предназначена для увеличения видимого компьютером объема физической памяти. Виртуальное адресное пространство и объем расположенных в нем данных могут быть настолько большими, насколько позволяют возможности адресации используемого процессора.

• Виртуальное адресное пространство определенным образом отображается на физическую память, в которой хранятся данные. Отображение выполняется с помощью специальных управляющих схем памяти, которые выполняют трансляцию виртуальных адресов в физические. Эти схемы называют блоком управления памятью или диспетчером памяти (Memory Management Unit, MMU).

• Среди систем виртуальной памяти можно выделить три класса:

  • системы с фиксированным размером блоков (страничная организация)

  • системы с переменным размером блоков (сегментная организация).

  • системы с совмещением обоих вариантов (сегментно-страничная организация).

• Страничная организация памяти

• Программа разбивается на части равной величины, называемые страницами. Размер страницы в пределах 4-8 Кбайт, он кратен емкости одного сектора магнитного диска.

• Виртуальное и физическое адресные пространства разбиваются на блоки размером в страницу.

• Страницам виртуальной и физической памяти присваивают номера.

• Преобразователь адресов - это часть операционной системы, транслирующая номер виртуальной страницы в номер физической страницы, расположенной в основной памяти.

• Преобразование осуществляется с помощью страничной таблицы.

• Виртуальное пространство полностью описывается страничной таблицей и картой диска.

• Таблица страниц определяет, какие виртуальные страницы находятся в основной памяти и в каких физических фреймах, а карта диска содержит информацию о секторах диска, где хранятся виртуальные страницы на диске.

• Число записей в страничной таблице равно количеству виртуальных страниц. Каждая запись содержит поле номера физической страницы и четыре признака: V, R, М и А.

• Признак присутствия V устанавливается в единицу, если виртуальная страница в данный момент находится в основной памяти.

• Признак использования страницы R устанавливается при обращении к данной станице. Эта информация используется в алгоритме замещения страниц для выбора той из них, которую можно наиболее безболезненно удалить из ОП, чтобы освободить место для новой.

• В ходе вычислений содержимое отдельных страниц может изменяться, что фиксируется путем установки в единицу признака модификации М.

• Признак прав доступа А служит целям защиты информации и определяет, какой вид доступа к странице разрешен: только для чтения, только для записи, для чтения и для записи.

• Страничная организация позволяет сократить объем пересылок информации между внешней памятью и ОП, так как страницу не нужно загружать до тех пор, пока она действительно не понадобится.

• Таблица страниц содержится в основной памяти, но это приводит к двух-кратному увеличению времени доступа к информации.

• Чтобы сократить это время используют буфер быстрого преобразования адреса (TLB - Translation Look-aside Buffer), представляющий собой кэш-память.