Управление памятью. Страничное распределение.
Страница – непрерывная последовательность адресов, лежащих в заданном диапазоне фиксированного размера.
Размер страница равен 2n, выбирается исходя из свойств ОС и размера оперативной памяти.
При запуске процесса на выполнение всё его адресное пространство делится на страницы и для каждого процесса создается информационная структура, называемая таблицей страниц. Часть виртуальных страниц располагается в оперативной памяти, часть – на жестком диске.
Запись таблицы, называемая дескриптором страницы, включает следующую информацию:
- номер физической страницы, в которую загружена данная виртуальная страница;
- признак присутствия, устанавливаемый в единицу, если виртуальная страница находится в оперативной памяти;
- признак модификации страницы, который устанавливается в единицу всякий раз, когда производится запись по адресу, относящемуся к данной странице;
- признак обращения к странице, называемый также битом доступа, который устанавливается в единицу при каждом обращении по адресу, относящемуся к данной странице.
При каждом обращении к памяти происходит чтение из таблицы страниц информации о виртуальной странице, к которой произошло обращение. Если данная виртуальная страница загружена в оперативную память, то выполняется преобразование виртуального адреса в физический.
Если виртуальная страница на данный момент выгружена на ВЗУ, то происходит страничное прерывание. Выполняющийся процесс переводится в состояние ожидания и выбирается другой процесс из очереди готовых. Параллельно программа обработки страничных прерываний находит на диске требуемую страницу и пытается загрузить ее в оперативную память.
Если в памяти имеется свободная физическая страница, то загрузка выполняется немедленно, в противном случае решается вопрос, какую страницу следует выгрузить из оперативной памяти.
Критерий выбора страниц:
- дольше всего неиспользовавшиеся страницы;
- первая попавшаяся страница;
- страница, к которой было меньше всего обращений.
Виртуальный адрес при страничной организации памяти состоит из двух частей: номер виртуальной страницы Р и смещения внутри виртуальной страницы S. Учитывая, что размер страницы равен 2n, то смещение – это n младших разрядов адреса.
При каждом обращении к оперативной памяти аппаратными средствами выполняются следующие действия:
- на основании начального адреса таблицы страниц, номера виртуальной страницы и длины записи в таблицу страниц, определяется адрес нужной записи в таблице.
- из этой записи извлекается номер физической страницы, к которому присоединяется смещение операции конкатенации.
На производительность системы влияют временные затраты, связанные с обработкой страничных прерываний и преобразованием виртуального адреса в физический. При часто возникающих страничных прерываниях необходимо увеличить размер страницы. С увеличением размера страницы уменьшается таблица страниц, в то же время увеличивается фиктивная область последней виртуальной страницы каздой программы.
Преимущества:
- отсутствие фрагментации;
- самое быстрое преобразование виртуального адреса в физический.
Недостатки:
- частые страничные прерывания;
- наличие фиктивной области в последней странице процесса;
- отсутствие дифференцированных прав доступа.